专利名称：对头平接-互搭-阶梯式磁芯连接方式及磁芯的制作方法
技术领域：
本发明涉及一般的电磁感应设备的磁芯和磁芯线圈组件，例如，配电变压器的铁芯，更准确地说，涉及一种新的改进型的非晶态金属磁芯结构。
非晶态金属合金，例如AlliedMetglas产品2605SC和2605S-2用来作变压器的磁芯时呈现比较低的空载损耗，因此，非晶态金属合金的一个引人注目的应用似乎就是可以代替传统的晶粒取向的硅钢作电磁感应变压器的磁芯结构。虽然非晶态金属的生产成本比传统的晶粒取向的硅钢高，但是，在变压器运行期间所节约的其他情况下必须供给的能量远远可以抵消这一成本之差。
然而，在变压器制造过程中，不能简单地用非晶态金属合金代替传统的硅钢。只有在建立生产线之前，有效地解决非晶态金属的许多特性在制造上的问题，才可望在市场上买到采用非晶态金属铁芯的变压器。
例如，非晶态金属很薄，标称厚度约为1密耳。此外，非晶态金属也很脆，尤其在消除应力退火以后更是如此，由于非晶态金属对应力很敏感。所以，把非晶态金属加工成磁芯之后必须进行退火。在绕制或用其他方法制成适用于配电变压器的铁芯形状后非晶态金属的空载损耗大大增加。于是采用消除应力退火来恢复空载损耗特性。
薄而脆的非晶态金属带对于传统的磁芯连接方式也给制造上带来困难，虽然采用无接缝磁芯可以解决连接问题。但是却使绕线复杂化传统的磁芯在连接合紧之前，传统的绕组可以很方便地套在铁芯上，而传统的绕组不能应用于无接缝磁芯。虽然可以把高压绕组和低压绕组直接绕在未切割的非晶态磁芯上，但一般说来，这种方法将提高成本，并且生产线也很复杂。
通常，磁芯是把磁芯材料以螺旋形式卷在轴胎上制成的。如果注意观察一下有接缝的磁芯，通常是沿着一条称作基准线的即直接通过某一径向将铁芯切开的。如果磁芯是断开的，并且，高压线圈和低压线圈套在磁芯上，在重新对头连接之后，将会阻碍磁通量。Ellis3107415号专利提出的解决这个问题的方法是，使沿基准线切割后的铁芯片相对移动，形成阶梯互搭式连接，于是，一系列同心圆筒便环绕对头连接处提供通量的通路。另一种可选择的结构是沿基准线切割磁芯时使磁芯的圆周稍微减小一点，以便使每个磁芯片或每组磁芯片与相邻的铁芯片或相邻的铁芯片组重叠，形成互搭式连接。这种结构的缺点是，在磁芯连接处，材料显著加厚，並且在每个铁芯片或每个铁芯片组的末端附近都留有不希望有的空气间隙。
根据上面所述，显然希望磁芯的连接方式避免采用无接缝磁芯所需要的昂贵的绕线设备，并尽可能接近无接缝磁芯所具有的电学上的优点，而又不必逐一装配每片很薄的非晶态金属铁芯片;并能防止在磁芯的连接处形成空气间隙以及连接处磁芯高度的明显增大。
本发明的具有对头-互搭-阶梯式变压器铁芯连接方式的改进型变压器磁芯，其特征是，把从连续的螺旋状材料切割而得到的铁芯片分成许多铁芯片组。切割每组里的铁芯片以与该组的其他铁芯片形成对头连接，而每个铁芯片组在横向与相邻的铁芯片组错开，以便与相邻的组形成互搭式连接。每组内外边的铁芯片具有与该组内大多数铁芯片不同的长度，並且成为紧接的相邻组的最外边铁芯片。由规定数目的铁芯片组构成一套组群，而连接两套组群的铁芯片具有与该组群内其余铁芯片不同的长度，並定义为一个阶梯。
各组之间的横向偏移可以沿正螺旋方向或逆螺旋方向。当铁芯片组间的横向偏移是沿正螺旋方向时，具有不同长度的铁芯片比组内其余的铁芯片长，从而可使一套组群与相邻组群相连接的铁芯片比组群内的铁芯片短得多。当横向偏移是沿逆螺旋方向时，具有不同长度的铁芯片比组内其余的铁芯片短，而可使一套组群与相邻组群相连接的铁芯片比组群内的铁芯片长得多。
一组铁芯片的数目可取为5到30片，一套组群内的组数可取为5到25组。
本发明的改进型变压器磁芯最好是非晶态金属⑶颐恳黄蔷鹗籼酒暮穸仍嘉 密耳。
根据下面结合附图所作的详细描述，很快便会明显地看到和很好地理解本发明所具有的许多优点。
图1为装上线圈之前具有本发明的连接结构的磁芯正视图。
图2为图1所示的磁芯装上线圈后並重新连接闭合的正视图。
图3为本发明的磁芯沿正螺旋方向横向偏移的瓦搭连接的示意图。
图4为本发明的磁芯，沿逆螺旋方向横向偏移的瓦搭连接的示意图。
现在，参照附图，从几个方面说明图1所示的非晶态金属变压器磁芯采用的本发明的连接方式，图中，所有相同的符号表示相同的部分。本发明的磁芯连接方式可以采用1986年8月15日以“磁芯的制作方法”为题申请的应用系列89678号介绍的方法进行制造，该方法已由美国专利公布，并且归本发明的受让者所有。此外，把上述新颖的尚待应用的方法及其中提出的切割设备和非晶态金属磁芯结合在了一起。
下面，参照图1说明本发明的新颖连接方式的磁芯，其中包括许多绕成螺旋状的铁芯片开始，这些铁芯片可以绕在圆棒或方形棒上。根据某一加工好的变压器的高压线圈和低压线圈对磁芯窗口尺寸的要求来确定圆形棒的周长或方形棒的参数。同时，由变压器的极限额定功率来确定绕成螺旋状的铁芯片的数目。
图1中，10是通常含有许多单独的铁芯片的磁芯，切割成本发明的连接方式12。由于非晶态金属的易弯性，可以采用以“磁芯窗口的框架”为题申请的1986年8月15日应用系列896.782号介绍的特殊框架14来保持铁芯形状的牢固性，该框架已于月日由美国专利公布，并且归本发明的受让者所有。另外，在16处可以采用胶粘带或适当的夹紧方法以防止切开的铁芯片间任何相对的移动。如虚线18所示，接缝允许铁芯断开后可以装入安装高压线圈20和低压线圈22，如图2所示。
如图3和图4的清楚示意，铁芯片分成许多铁芯片组和若干套铁芯片组群。在图3和图4中，是以大约7个铁芯片为一个铁芯片组表示的，但是应该理解为一组铁芯片可以包含5到30个铁芯片，最可取约为15个铁芯片。每个铁芯片组在横向与其邻接的铁芯片组偏离开，这些确指定数目的铁芯片组为一套组群。在图3和图4中，是以三个铁芯片组为一套组群表示的，但是应该理解为一套组群最好应包含5到25组，阶梯应反着或顺着螺旋方向重复排列。在矩形磁芯的顶部24的长度基本上控制了一套组群包含的铁芯片组的数目，并且由该顶部向两侧弯曲成两边的铁芯26和28。
在图3和图4中，每组内每个铁芯片的编号为1到7或1到8。交错的铁芯片的末端划阴影线是为了说明每片铁芯是部分螺旋形而不是同心圆柱形。此外，用A到F表示铁芯片组以便于描述。
更详细地看一下图3，图3表示组间沿正螺旋方向横向偏移，组A与组群B相互连接的铁芯片8和使组B与组C相互连接的铁芯片7比组内其余的铁芯片稍长，以便允许横向偏移。
为了重复一套组群的图形，组C的铁芯片7也构成组D的一部分，其长度比组C和D中的其余的铁芯片显著的短，从而形成短的薄片并回到重新开始的阶梯顺序。
现在参看图4，图中横向偏移是沿反螺旋方向的，组A与组B相互连接的铁芯片8比组A和B中其余的铁芯片稍短以便允许互搭连接，此外，由于例如互连组C和D的铁芯片7比组C和D中其余的铁芯片长得多，所以可使移动组群的台阶回到磁芯上铁芯的中心区域。
虽然沿正、反螺旋方向横向偏移的连接结构都在减少功率损耗上有明显的改进并使磁芯容易装配线圈，但是，发现沿正螺旋方向横向偏移的互搭连接的磁芯的总功率比沿反螺旋方向偏移的磁芯稍大。
如申请了美国专利的应用条列896.781号所作的更详细的描述那样，本发明的磁芯连接可以采用按照分离预选数目切割绕成螺旋状磁芯的铁芯片並分成组，为了提高组间的互搭连接，沿横向移动磁芯或刀具，切割成套组群内的指定数目的铁芯片组，并按反螺旋方向移动磁芯或刀具，开始下一套组群内的第一组的切割工艺。
典型的25KVA变压器的非晶态磁芯含有大约2700个铁芯片，每组内约有15个铁芯片，成套组群内包含7组，磁芯内约有20套组群。
如上所述，显然本发明的变压器磁芯包含对头平接铁芯片，瓦搭铁芯片和阶梯式铁芯片以形成对头平接-瓦搭-阶梯式磁芯，即可在横向和纵向把接缝限制在磁芯的顶部区域，又可消除连接区磁芯厚度的增加或者接缝内的空气间隙，为改善接缝处的磁通创造了条件。
权利要求
1.具有对头平接-互搭-阶梯式变压器磁芯连接方式的一种改进型变压器磁芯其特征为包括从绕成连续的螺旋形材料上切得许多铁芯片，这些铁芯片分成许多铁芯片组；切割每组内的铁芯片以便与该组内的其他铁芯片形成对头平接；每一铁芯片组在横向上偏离其相邻的铁芯片组以便与相邻组形成互搭连接，每一组的外边的铁芯片具有与该组内大多数铁芯片不同的长度，並构成紧接的相邻组外边的铁芯片；指定数目的铁芯片组构成一套组群，其中相互连接两套组群的铁芯片具有与该组内其余铁芯片不同的长度，定义为一个阶梯。
2.根据权利要求1所述的改进型变压器磁芯，其特征是上述铁芯片组之间的横向偏移是沿螺旋方向的。
3.根据权利要求2所述的改进型变压器磁芯，其特征是长度不同的上述铁芯片比该组内其余的铁芯片长，使一套组群与相邻组群相互连接的铁芯片比该组群内的铁芯片短得多。
4.根据权利要求1所述的持进型变压器磁芯，其特征是上述横向偏移是沿上述反螺旋方向的。
5.根据权利要求4所述的改进型变压器磁芯，其特征是长度不同的上述铁芯片比该组群内其余的铁芯片短，使一套组群与相邻一套组群相互连接的铁芯片比该组群内的铁芯片长得多。
6.根据权利要求1所述的改进型变压器磁芯，其特征是一个组内铁芯片的数目大约包含5到30片铁芯。
7.根据权利要求1所述的改进型变压器磁芯，其特征是一套组群内铁芯片组的数目大约包含5到25组。
8.根据权利要求1所述的改进型变压器磁芯，其特征是上述绕成螺旋形的材料是非晶态金属。
9.根据权利要求8所述的改进型变压器磁芯，其特征是每个铁芯片的厚度约为1密耳。
10.具有对头平接-互搭-阶梯式变压器磁芯连接方式的，一个改进型变压器磁芯其特征为包括许多铁芯片，这些铁芯片分成许多铁芯片组;切割每组中的大多数铁芯片以形成该组内的对头平接;每组铁芯片沿横向偏离其相邻组的铁芯片以便与相邻组形成互搭连接;上述指定数目的铁芯片组构成一套组群，一套组群最里面一组的最里面的铁芯片和相邻一套组群最外面一组的最外面的铁芯片具有与该组群内其余的铁芯片显著不同的长度。
11.根据权利要求10所述的改进型变压器磁芯，其特征是上述磁芯排成螺旋形，並且上述铁芯片组间的横向偏移是沿螺旋方向的。
12.根据权利要求11所述的改进型变压器磁芯，其特征是上述长度显著不同的铁芯片比其余的铁芯片短得多。
13.根据权利要求10所述的改进型变压器磁芯，其特征是上述磁芯形成螺旋体，並且上述横向偏移是沿反螺旋方向的。
14.根据权利要求13所述的改进型变压器磁芯，其特征是上述长度显著不同的铁芯片比其余的铁芯片长得多。
15.根据权利要求10所述的改进型变压器磁芯，其特征是一组内的铁芯片数目大约包含5到30片。
16.根据权利要求10所述的改进型变压器磁芯，其特征是一套组群内的铁芯片组的数目大约包含5到25组。
17.根据权利要求10所述的改进型变压器磁芯，其特征是上述铁芯片是由非晶态金属制成的。
18.根据权利要求17所述的改进型变压器磁芯，其特征是每片铁芯片的厚度近似为1密耳。
19.根据权利要求10的改进型变压器磁芯，其特征是一组铁芯片内铁芯片的数目大约包含15片，一套组群内的组数约为9组。
全文摘要
用于非晶态金属变压器的一种改进型的变压器磁芯连接方式，把许多绕成螺旋状的铁芯片分成许多铁芯片组。同组内的铁芯片在组内基本上形成对头平接，而相邻的铁芯片组相互形成互搭连接，由许多铁芯片组构成的许多套组群沿正螺旋方向或反螺旋方向形成阶梯。为了适应非晶态金属变压器磁芯的制造。本发明的连接方式提供了一种简单而容易装拆的磁芯连接结构。
文档编号H01F27/25GK1032468SQ8810912
公开日1989年4月19日 申请日期1988年10月8日 优先权日1987年10月9日
发明者弗兰克·亨利·格兰姆斯, 尤金尼厄斯·谢泼德·哈马克 申请人:西屋电气公司