大块非晶体金属感应装置制造方法及图纸

一种感应装置，包括：　　　　ａ．包括多个低损耗大块铁磁非晶体金属磁性部件的磁芯，所述部件被组装成并置关系并形成至少一条磁路；　　　　ｂ．用于将所述部件紧固成所述关系的紧固装置；　　　　ｃ．围绕所述磁芯的至少一部分的至少一个电绕组；　　　　ｄ．每个所述部件包括多个具有大体上相似形状的非晶体金属带的平面层，所述层通过粘结剂被连结在一起以形成具有一定厚度和多个配合面的多面体形状的部分，每个所述部件的厚度大体上相等；　　　　ｅ．所述部件被设置在所述组件中，每个所述部件的所述带的所述层在大体上平行的平面中且每个所述配合面接近另一个所述部件的配合面；和　　　　ｆ．当所述感应装置在５０００Ｈｚ的励磁频率“ｆ”下达到０．３Ｔ的峰值磁感应强度大小“Ｂ↓［ｍａｘ］”时，其具有小于约１２Ｗ／Ｋｇ的铁芯损耗。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及感应装置，且更具体而言，涉及具有由多个大块非晶体金属磁性部件组装成的铁芯的高效、低铁芯损耗的感应装置。
技术介绍
感应装置是多种现代电气设备和电子设备的主要部件，其在最通常情况下包括变压器和感应器。大部分这些装置采用包括软铁磁性材料的铁芯和一个或多个围绕所述铁芯的电绕组。感应器通常采用具有两个端子的单个绕组，且用作过滤器和能量储存装置。变压器通常具有两个或多个绕组。它们将电压从一个级别变换到至少一个另外的所需级别，并使整体电路的不同部分电绝缘。感应装置可具有广泛变化的尺寸，所述广泛变化的尺寸具有相应变化的功率容量。不同类型的感应装置被最优化用于在从直流(DC)到千兆赫兹(GHz)的遍及非常宽的范围内的频率下的操作。实际上，每个已公知类型的软磁性材料都在感应装置的构造中得到了应用。具体软磁性材料的选择取决于需要的性质、以使材料本身被有效的制造的形式存在的材料的可获得性和服务于给定市场所需要的体积和成本的组合。通常情况下，所希望的软铁磁芯材料具有用以使铁芯尺寸最小化的高饱和磁感应强度Bsat、和低矫顽力He、高磁导率μ、和低铁芯损耗以使效率最大化。用于电气和电子装置的例如马达和从小尺寸到中等尺寸的感应器和变压器的部件通常利用由各种级别的磁性钢冲压而成的层压结构被构造，所述磁性钢以具有低到100μm厚度的板材被供应。所述层压结构通常被层叠和紧固并随后被所需要的一个或多个通常包括高传导率的铜或铝线的电绕组卷绕。这些层压结构通常以各种已公知的形状被用于铁芯中。用于感应器和变压器的许多形状由大体上具有某些印刷体字母，例如“C”“U”“E”和“I”，所述部件通过所述字母被识别，的形式的构成部件组装而成。所述组装形状可进一步由反映所述构成部件的字母表示，例如，“E-I”形状通过将“E”部件与“I”部件组装在一起被制成。其它广泛使用的组装形状包括“E-E”“C-I”和“C-C”。用于具有这些形状的现有技术铁芯的构成部件已经既由常规晶体铁磁金属的层压板又由已加工的大块软铁氧体块构造而成。尽管与其它普通软铁磁性材料相比，许多非晶体金属提供了优良的磁性能，但某些它们的物理性质使常规的制造技术是困难的或不可能的。非晶体金属通常被供应作为具有均匀条带宽的薄的、连续的条带材。然而，非晶体金属实际上比所有常规金属软磁性合金更薄和更硬，因此常规的层压结构的冲轧或冲压导致了制造工具和冲模的过度磨损，所述过度磨损导致快速损坏。由此引起的加工和制造成本的增加使得利用这种常规技术制造大块非晶体金属磁性部件在商业上不实用。非晶体金属较薄的性质也转化为形成具有给定横截面和厚度的部件所需要的层压结构数量的增加，这进一步增加了非晶体金属磁性部件的总成本。被用以使铁氧体块成形的加工技术通常也不适于加工非晶体金属。非晶体金属的性质通常通过退火处理被最优化。然而，所述退火通常使非晶体金属变得非常脆，还使常规制造工艺复杂化。作为前面提到的困难的结果，被广泛和容易地用以形成硅钢和其它相似的金属板材形式的FeNi和FeCo基的晶体材料的成形层压结构的技术还未发现适于制造非晶体金属装置和部件。非晶体金属因此还未被市场接受用于许多装置；尽管存在应从高磁感应强度、低损耗材料的使用中原则上意识到的尺寸、重量和能量效率的改进的巨大潜力，但是情况就是如此。对于电子应用，例如饱和电抗器和一些扼流器而言，非晶体金属已经以螺旋形卷绕的圆环形铁芯的形式被采用。以这种形式存在的装置可在商业上得到，其直径通常在几个毫米到几个厘米的范围内并通常被用在供应达几百伏安(VA)的开关模式的功率源中。这种铁芯构型提供了完全闭合的磁路，且具有可忽略的退磁系数。然而，为了达到所需能量储存能力，许多感应器包括具有不连续的空气间隙的磁路。间隙的存在导致了不可忽略的退磁系数和相关的形状各向异性，所述退磁系数和形状各向异性在剪切的磁化回线中是显然的。所述形状各向异性可比可能的感应磁各向异性高得多，这成比例地增加了能量储存容量。具有不连续空气间隙的环形铁芯和常规材料已经被建议用于这种能量储存应用。然而，所述具有间隙的环形几何形状仅提供了最小的设计灵活性。对于装置使用者调节所述间隙以便选择所需的剪切程度和能量储存通常是困难的或不可能的。此外，将绕组施加到环形铁芯上所需的设备比可比较的用于层压铁芯的绕组设备操作起来更复杂、昂贵和困难。具有环形几何形状的铁芯通常不能用于高电流应用中，这是因为规定了额定电流的粗径金属丝不能弯曲到环形绕组所需的程度。此外，环形设计仅具有单条磁路。结果是，它们不能很好地适应和很难适于多相变压器和感应器，包括尤其普通的三相装置。因此要寻求更顺应容易的制造和应用的其它构型。此外，带绕环形铁芯中的内在应力引起了某些问题。绕组固有地使带材的外表面处于拉伸状态和内表面处于压缩状态。为确保平滑的绕组所需要的线性张力促使产生了附加应力。作为磁致伸缩的结果，卷绕的环形铁芯通常呈现比相同的带材在扁平带材构型情况下测量的磁性更差的磁性。退火处理通常仅能够释放一部分应力，因此仅消除了一部分劣化。此外，使卷绕的环形铁芯频繁地造成间隙导致了附加的问题。卷绕结构中的任何残余的圆周应力由于间隙的形成而至少部分地被除去。实际上，净圆周应力是不可预计的而且是或压缩性或拉伸性的。因此实际间隙根据需要在分别的情况下倾向于闭合或打开不可预计的量以建立新的应力平衡。因此，最终间隙通常与预期的间隙不同，缺乏矫正措施。由于铁芯的磁阻很大程度上由间隙确定，完成的铁芯的磁性通常很难在大量生产过程中在一致的基底上再现。非晶体金属还已经被用于功率高得多的装置的变压器中，例如用于电力网络的具有10kVA至1MVA或更多的铭牌额定值的分布式变压器。用于这些变压器的铁芯通常被形成阶梯接缝工艺卷绕的、大体上矩形的构型。在一种通常的构造方法中，矩形铁芯被首先形成并进行退火处理。所述铁芯随后被解开束缚以允许预形成的绕组在铁芯的长腿部上滑动。在引入预形成的绕组后，所述层被再次束紧和紧固。在被授权给Ballard的美国专利4,734,975中阐述了用于以这种方式构造分布式变压器的典型工艺。这种工艺可理解地需要相当大量的体力劳动和处理步骤，所述处理步骤包括脆性退火的非晶体金属条带。对于小于10kVA的铁芯，完成这些步骤是尤其冗长和困难的。此外，在这种构型中，铁芯不易受许多感应器应用所需要的可控制的空气间隙引入的影响。与铁磁非晶体金属的使用相关的另一个困难起因于磁致伸缩现象。任何磁致伸缩材料的某些磁性响应于施加的机械应力而发生变化。例如，当包括非晶体材料的部件受到应力作用时，其磁导率通常降低，且其铁芯损耗增加。由于磁致伸缩现象的非晶体金属装置的软磁性的劣化可归因于应力导致的磁致伸缩现象，所述应力由包括在铁芯制造过程中的变形、由于将非晶体金属机械地夹紧或以另外的方式将其固定在适当位置而产生的机械应力和热膨胀和/或由于非晶体金属材料的磁饱和所致的膨胀导致的内应力的起源的任何组合导致产生。由于非晶体金属磁性装置受到应力作用，其引导或聚集磁通量的地方的效率被降低，这导致了更高的磁损耗、降低的效率、增加的热产生和降低的功率。这种劣化的程度通常是相当大的。其取决于具体的非晶体材料和应力的实际强度，如美国专利5,731,649所述。非晶体金属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种感应装置，包括a.包括多个低损耗大块铁磁非晶体金属磁性部件的磁芯，所述部件被组装成并置关系并形成至少一条磁路；b.用于将所述部件紧固成所述关系的紧固装置；c.围绕所述磁芯的至少一部分的至少一个电绕组；d.每个所述部件包括多个具有大体上相似形状的非晶体金属带的平面层，所述层通过粘结剂被连结在一起以形成具有一定厚度和多个配合面的多面体形状的部分，每个所述部件的厚度大体上相等；e.所述部件被设置在所述组件中，每个所述部件的所述带的所述层在大体上平行的平面中且每个所述配合面接近另一个所述部件的配合面；和f.当所述感应装置在5000Hz的励磁频率“f”下达到0.3T的峰值磁感应强度大小“Bmax”时，其具有小于约12W/Kg的铁芯损耗。2.根据权利要求1所述的感应装置，所述装置是从包括变压器、自耦变压器、饱和电抗器和感应器的组中选择出来的构件。3.根据权利要求1所述的感应装置，包括多个电绕组。4.根据权利要求1所述的感应装置，其中每个所述部件具有从包括C、E、I、U、梯形和弧形形状的组中选择出来的形状。5.根据权利要求1所述的感应装置，其中至少一个所述部件具有矩形棱柱体形状。6.根据权利要求5所述的感应装置，其中每个所述部件具有矩形棱柱体形状。7.根据权利要求1所述的感应装置，其中至少一些所述接近的配合面被斜接。8.根据权利要求1所述的感应装置，具有从包括E-I、E-E、C-I、C-C和C-I-C形状的组中选择出来的形状。9.根据权利要求1所述的感应装置，其中所述紧固装置包括包含金属、聚合物、织物和压敏窄带中的至少一种的带条。10.根据权利要求1所述的感应装置，其中所述紧固装置包括壳体。11.根据权利要求1所述的感应装置，其中所述紧固装置包括罐封所述铁芯。12.根据权利要求1所述的感应装置，其中所述电绕组被设置在被安放在至少一个所述部件的一部分上的绕线筒上。13.根据权利要求1所述的感应装置，其中每个所述配合面具有平面配合表面。14.根据权利要求1所述的感应装置，其中所述多个大块非晶体金属磁性部件被组装以形成大体上闭合的磁路。15.根据权利要求1所述的感应装置，其中所述大块非晶体金属磁性部件通过在所述配合面之间插入空气间隙进行组装。16.根据权利要求15所述的感应装置，还包括在所述空气间隙中的间隔件。17.根据权利要求1所述的感应装置，包括多条磁路。18.根据权利要求2所述的感应装置，所述装置为单相装置。19.根据权利要求2所述的感应装置，所述装置为多相装置。20.根据权利要求1所述的感应装置，其中对所述非晶体金属进行退火。21.根据权利要求1所述的感应装置，所述装置具有小于“L”的铁芯损耗，其中L由公式L＝0.0074f(Bmax)1.3+0.000282f1.5(Bmax)2.4给出，所述铁芯损耗、所述励磁频率和所述峰值磁感应强度大小的测量单位分别为瓦特/千克、赫兹和特斯拉。22.根据权利要求1所述的感应装置，其中每个所述铁磁非晶体金属带具有主要由式M70-85Y5-20Z0-20限定出的成分，下标为原子百分比，其中“M”是Fe、Ni和Co中的至少一种，“Y”是B、C和P中的至少一种，和“Z”是Si、Al和Ge中的至少一种；其附带条件包括(i)达10个原子百分比的组分“M”选择性地由金属物质Ti、V、Cr、Mn、Cu、Zr、Nb、Mo、Ta、Hf、Ag、Au、Pd、Pt和W中的至少一种替换，(ii)达10个原子百分比的组分(Y+Z)选择性地由非金属物质In、Sn、Sb和Pb中的至少一种替换...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·J·德克里斯托法罗，G·E·菲什，R·哈斯伽瓦，S·V·塔提科拉，
申请(专利权)人：梅特格拉斯公司，
类型：发明
国别省市：