变压器与变压器铁芯制造技术

制造由薄非晶态金属芯片组成的变压器的方法，通过将薄片绕制成具有中心窗口的螺旋以形成叠层。铁芯切成Ｕ形，线圈套在它的臂上，切口接合处为对接重叠阶梯。为产生接合处，叠层被分成片组，构成相间的片组的叠层的切口与薄片的纵向中心线交角不足９０°，构成介于中间的片组的叠层的切口则反向倾斜，交角亦不足９０°，于是，铁芯闭合时，防止了不同组的叠层不必要的靠近，本申请还公开了采用该方法制得的铁芯和变压器。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及变压器，特别是配电变压器，并且它与铁芯由厚度薄的非晶态金属铁芯片组成的变压器有特别的关系。一般铁芯片的厚度约为0.001英寸。尽管本专利技术在此作为应用于一个以一个薄厚度的非晶态金属薄片绕制的铁芯的变压器而被详细地公开了，对该类变压器本专利技术有独特的长处，但是应知道，将本专利技术的原则改用于其它类型的变压器也是在本专利技术的等价物范围之内，而且是根据或通过其可能发布的任何专利，特别是在GraverTank和Mfg.CO.公司诉LindeAirProductsCO.公司的339U.S.605;美国最高法院的报告(70SupremeCourtReporter854(1950))一案中作为等价物的范围而适用，并在Uniroyal诉Rudkin-WileyCorp.5USPQ2d1434(CAFC1988)一案中进行了解释。授予MilanD.Valencic和DennisA.Schaffer又转让给西屋电气公司(WestinghonseElectricCorpora-tion)的专利4，709，471揭示了一种制造这些变压器铁芯的方法。授予FrankH.Grimes和EugeniousHammack、也都转让给西屋电气公司的专利4，761，630揭示了这些铁芯的结构特征。Valencic指出将一个非晶态金属薄片绕制成一个闭合的螺旋铁芯环路或在其中心有一个窗口的铁芯结构。螺旋的圈数构成铁芯的铁芯片。构成闭合的铁芯结构的这些铁芯片被切成连续的阶梯式的片组，闭合的结构打开后转变为一个U形结构，在其臂上套进变压器的线圈。然后将U形臂连接、以将U形结构再转变成一个闭合的结构。Grimes揭示一个如Valencic所指出的那样、带有重叠阶梯的铁芯。为了解释本专利技术以便本领域技术人员能理解它，最好是简单地讨论一下Grimes的专利。Grimes的图3和图4展示了从与铁芯片边缘成直角的方向看的、高度放大了的铁芯的一个局部。假如将图3扩展来展示整个铁芯，就会显示出铁芯片为跑道或有环纹的圆形。所示结构由在连接铁芯片处重叠的阶梯形成阶梯状。对此应用，铁芯片A、B或C或D、E或F的每一单元定义为一个阶梯，阶梯A、B和C一起或D、E和F一起定义为一个片组。铁芯片的厚度一般仅有0.001英寸，因此，阶梯F厚度为0.007英寸。片组DEF的厚度为0.021英寸。Grimes设在每一个阶梯里最多可以有三十片铁芯片。在这种情况下，每一个片组的厚度就会有0.09英寸。在每一个阶梯里的铁芯片亦可少于七片;事实上，在每一个阶梯里可以只有一片铁芯片。尽管Valencic和Grimes的论述对变压器技术做了不可轻视的贡献，但在按Valencic和Grimes的论述制作铁芯时却遇到了一个难题。在线圈套入铁芯臂后将铁芯重新恢复时，遇到的困难就是如何使片组铁芯片的分离端相吻合以使在一组的一边上的铁芯片切开端在重新组装时与在一组的对边上的同一铁芯片的端相连接。造成这个难题的一个重要因素是片组的小厚度。在过去实践中，一个片组的铁芯片在重新组装时不时错误地与两个相对的片组吻合。只有当接合处处重新组装完成后剩下一个片组的铁芯片没有相吻合的片组时，错误才显出来。例如，参照Grimes的图3，在右边的片组ABC的二十一片铁芯片没有和左边片组ABC的铁芯片连接而是与左边片组DEF上的铁芯片连接。当这种情况发生时，完工了的铁芯还有没有连接的铁芯片，而必须重新加工。直到铁芯完成之后才发现这种缺陷。此外，在发生上述错误后，在继续的重新组装中可能发生一个相反的错误，即左边的一个片组如DEF的铁芯片与右边的一个片组如ABC的铁芯片接到一起了。在此情况下，这些错误相互补充，并且在铁芯完成和铁芯性能降低后才发现。另一个与铁芯有关的难题产生在铁芯的轭铁或腿之一存在可切开的接合处，其原因在于这个原则在决定激励一个变压器能量的许多因素中是本身的净横截面面积减少，这是由形成铁芯中接合处的间隙所造成的。净截面面积减少而接合处铁芯片中的间隙增加了所需的激励能量。在非晶态金属铁芯片构成的铁芯中，这个问题尤其重要，因为在使用中，上述铁芯在磁感方式下工作，离产生饱和的点非常近。一个铁芯的净横截面面积的明显地减少可导致铁芯使用时的饱和。在一个包含大量间隙的接合处，特别是间隙是堆叠的话，净截面面积就会有显著的减少，并有产生饱和的趋势，由于铁芯损耗会产生对应的付作用。另一个难题产生在按Grimes的论述重新组装一个接缝重叠阶梯铁芯时，铁芯片有相互粘合的倾向，这样，不止一个片组的已切阶梯可能误吻合并误置在一个单一的相反片组的对面。这个错误也只有在接合处完成重新组装好以后才会发现。错误发生在这样的接合处的边上，在那里最长的铁芯片对置于水平位置上的重新组装的接合处的最上方。邻近片组较短的铁芯片倾向于粘合。最长的铁芯片在底部的对置的铁芯边则由片组“自我分离”。本专利技术的目的是要克服上述缺点和缺陷，并提供达到此目的的一种方法，即，本专利技术的目的是提供制作变压器的一种方法，该变压器有一个非晶态金属铁芯，通过将若干圈成小厚度的铁芯片绕制成一个螺纹而形成，其铁芯有一个可切开的接合处，该接合处能打开以套进线圈并在此后通过将切开的铁芯片端面贴紧而重新闭合，在这样实践时，避免了在重新闭合时将邻近的铁芯片错误地吻合。本专利技术的另一个目的是提供制作变压器的一种方法，在这样实践时，提高了在通过切开铁芯片所产生的间隙处复盖铁芯片的横截面面积。这也是本专利技术的一个目的，提供通过实施这种方法而制作的一个铁芯和一个变压器。按照本专利技术，提供了一个铁芯，其接合处是通过在不是与铁芯片纵向中心线或与任何与铁芯片垂直的平面成直角处，而是以明显不是90°的一个角度切开铁芯片，这样使得同一铁芯片的切开端很好识别，因为它们对中心线的角度是一样的。具体地，构成铁芯的铁芯片可再分为堆叠片组。相互间隔的片组可以切成倾斜的，即，切口在一个方向是倾斜的，不是与中心线垂直，而介于中间的片组可以在相反的方向偏斜地切割，即切口是向中心线倾斜的，与通过相互间隔的片组的切口相反。垂直偏离可以在每一个方向上是一样的。但其接合处由在对中心线不同角度倾斜的相互间隔的片组铁芯片切口组成的铁芯是在本专利技术等价物的范围内。事实上，通过相间的或介于中间的片组的切口可以与中心线成直角，而通过其它片组的铁芯片的切口为倾斜的。通过每一片组阶梯的切口倾斜度相同。可以按Valencic揭示的那样切割铁芯片和加工铁芯来生产一个变压器。为了产生基准切口，Valencic的图6所示切割机66可按与铁芯片纵向中心线成适当的角度调整刀片77和78，为了此应用的目的，倾斜角度将定义为切口与纵向中心线的锐角。最好是切口角度偏离垂直面中心线很小，即向中心线倾斜的角度最好应是大的。实际上，一个约为3°的偏离角度，即一个约为87°的倾斜角是令人满意的。改用一个偏离垂直面的大角度会使切割器的调整复杂化，并具有引起脆的铁芯片断裂的趋势。已发现用在相反方向约87°倾斜的切口，要连接的铁芯片端面吻合能成功地完成。在用与87°明显不同的角度倾斜的切口来实现本应用的教导应理解为是在本专利技术等价物的范围之内，及在可能发布的任何专利为或可视为专利的产物的范围之内的。在实现本专利技术时，由于这些片组的相反偏斜，排除了邻近组几片铁芯片的端面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个具有一个对接重叠阶梯的变压器铁芯接合处的、经改进的变压器铁芯，所说变压器铁芯接合处包括从一个通常绕成一个螺旋的、连续的薄片切开的若干片斜切的铁芯片，所说的已切铁芯片在线圈套入该铁芯后通过连接接合处在其端面重新连接，所说若干片铁芯片分为若干个铁芯片片组，每个片组包括一预定数目的铁芯片，所说的斜切避免了在所说线圈套入后的组装中将对接的铁芯片端面错误地吻合，并且加长了在所说的对接的接合处的邻近磁通通道。

【技术特征摘要】
US 1989-1-3 2931621.一个具有一个对接重叠阶梯的变压器铁芯接合处的、经改进的变压器铁芯，所说变压器铁芯接合处包括从一个通常绕成一个螺旋的、连续的薄片切开的若干片斜切的铁芯片，所说的已切铁芯片在线圈套入该铁芯后通过连接接合处在其端面重新连接，所说若干片铁芯片分为若干个铁芯片片组，每个片组包括一预定数目的铁芯片，所说的斜切避免了在所说线圈套入后的组装中将对接的铁芯片端面错误地吻合，并且加长了在所说的对接的接合处的邻近磁通通道。2.权利要求1的铁芯，其中铁芯是通过把相继片组的铁芯片叠放成一个通常为螺旋的结构，在相间的片组的铁芯片中的斜切口相对所说铁芯片纵向中心线成一预定的倾斜，在居于中间的片组中的斜切口相对所说的铁芯片中心线相反方向地倾斜。3.权利要求1的铁芯，其中每个片组的铁芯片再分为阶梯和在每个片组的铁芯片里的斜切口包括若干个同样偏斜的阶梯式的切口。4.权利要求2的铁芯，其中每个片组的铁芯片再分为阶梯，每个相间的片组铁芯片中的斜切口包括若干个在预定倾斜度倾斜的阶梯式的切口和每个居于中间的片组的铁芯片中的斜切口包括若干个相对所说倾斜度相反地倾斜的阶梯式切口。5.一个包括一个具有套在其上的线圈的铁芯的变压器，所说的铁芯包括若干片小厚度非晶态铁芯片，通常绕成一个螺旋、并确定成一个具有一个窗口在内的闭合曲线结构，所说线圈绕制成一个包围铁芯的整体结构，所说的铁芯具有一个对接重叠阶梯接合处，允许使所说的铁芯打开，以能套入所说的线圈，在所说的线圈套入后关闭所说的铁芯，所说的对接重叠阶梯接口是通过按阶梯式关系将片组的铁芯片相继切开形成的，每个片组包含一预定数目的铁芯片用以打开所说的铁芯，和靠近每个片组的所说已切开铁芯片以便在套入线圈后关闭所说的铁芯，在所说的铁芯片中的切口、对于所说顺序相间的片组的铁芯片是相等于纵向中心线成一个第一设定角度倾斜的，这个角度明显地小于90°，而对于介于所说的相间片组之间的片组是相对所说的纵向中心线成一个第二设定角度、它与所说的第一设定角度相反地倾斜，这个角度明显地小于90°。6.权利要求5的变压器，其中相间的片组和介于中间的片组中的每一个片组再分成若干个阶梯，每个片组铁芯片中的切口包括每个片组的阶梯的铁芯片中的阶梯式切口、每个片组中的阶梯式切口相对铁芯片中心线的角度和倾斜度是相同的。7.制作一个具有一个铁芯和线圈的变压器的方法，其线圈绕成一个整体线圈结构，其中具有一个开口以套到所说铁芯上，所说铁芯由一个小厚度磁性非晶态金属薄片组成，所说方法包括(a)将所说的薄片绕成一个通常为螺旋的铁芯结构，在窗口周围具有若干片叠放的铁芯片;(b)将所说的铁芯结构再分成铁芯片片组，所说片组堆叠形成所说铁芯结构;(c)通过在所说铁芯结构中的每一个相间的片组的铁芯片产生第一切口，在相间的片组铁芯片中沿着所说的铁芯结构的每一个所说切口相对所说的薄片的中心线、在一个方向上以明显地小于90°的角度倾斜;(d)通过在所说的铁芯结构中的每一个片组，沿着介于相间的片组间的所说片组结构产生第二切口，在所说介于中间的片组铁芯片中沿着所说的铁芯结构的每一个所说的第二切口，相对于所说的薄片的中心线、在一个与所说方向相反的方向上以明显地小于90°的角度倾斜;(e)在所说切口处将所说铁芯片分开并将所说的铁芯结构转变成一个通常为U形的结构，其臂在所说切口处终止;(f)在所说U形结构的臂上套入所说的线圈结构;(g)在铁芯片切开端面不同倾斜度的引导下，通过实质上只把每个片组铁芯片端面与同一片组铁芯片的相对端面(上述端面...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰克亨利格利姆斯，尤根尤斯谢泼蒂哈玛克，
申请(专利权)人：西屋电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]