專利名稱：高疊層系數(shù)非晶態(tài)金屬帶及變壓器鐵心的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及高疊層系數(shù)非晶態(tài)金屬變壓器鐵心，還涉及構(gòu)造高疊層系數(shù)非晶態(tài)金屬變壓器鐵心的方法。此方法使用高分層系數(shù)非晶態(tài)金屬帶(術語分層系數(shù)通常用來表示帶的平滑性和均勻性，而術語疊層系數(shù)適用于由帶制造的鐵心)；即，具有在整個帶寬上測量的極平滑表面和極均勻厚度的非晶態(tài)金屬帶。通過卷繞或?qū)盈B操作，高疊層系數(shù)非晶態(tài)金屬帶可以有效地組裝成緊密的變壓器鐵心。然后夾緊變壓器鐵心，以進一步縮小總尺寸，并退火來釋放剩余機械應力和產(chǎn)生所要求的磁性異向，而不破壞最終磁性。
與傳統(tǒng)的非晶態(tài)金屬變壓器鐵心相比，高疊層系數(shù)非晶態(tài)金屬變壓器鐵心不僅鐵心結(jié)構(gòu)尺寸較小，而且還將保持相同的鐵心凈面積。鐵心結(jié)構(gòu)越小導致非晶態(tài)金屬變壓器鐵心也越小，這又為減小變壓器其他組件的尺寸或數(shù)量做好準備。例如，高疊層系數(shù)非晶態(tài)金屬變壓器將用較小的線圈繞組，還將用較小的金屬外殼封裝，并且，如果用于充液變壓器，還將填充少量的油。這些因素都有助于降低非晶態(tài)金屬變壓器成本。
其它制造非晶態(tài)金屬變壓器鐵心的方法是把單層非晶態(tài)帶切割成設定長度，或者把包括多層非晶態(tài)帶的組件切割成設定長度。然后這些切割的非晶態(tài)金屬帶繞心軸卷繞，或被層疊并繞心軸卷繞來形成緊密卷繞的鐵心形狀。各個長度的非晶態(tài)金屬帶這樣纏繞在心軸上，使得切割端形成在鐵心的定位區(qū)域?qū)R的一系列分布接口。通過分離分布接口，該鐵心可以打開，以便適應設置初級和次級線圈的需要，然后將鐵心閉合，以便重新形成初始的纏繞鐵心形狀。
美國專利4,734,975；5,261,152以及5,329,270公開了由幾組非晶態(tài)金屬帶構(gòu)造的非晶態(tài)金屬變壓器鐵心，把非晶態(tài)金屬帶切割成預定長度并繞心軸纏繞以便形成分布接口鐵心。在此通過引用這些專利的關于如何生產(chǎn)非晶態(tài)金屬變壓器鐵心的講授而將其包含在本文中。
利用傳統(tǒng)的非晶態(tài)金屬帶、以這些方式制造的鐵心，被限制在疊層系數(shù)大約等于或小于86％。因此，具有這些限制的鐵心結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的硅鋼變壓器大得多，制造變壓器要使用更多的非晶態(tài)金屬，更多的導體(銅或鋁)作為初級和次級線圈，用更多的鋼來做金屬殼體，并且，如果使用充液變壓器，用更多的油填充金屬殼體。所有這些因素導致變壓器生產(chǎn)中使用材料和變壓器成本增加。生產(chǎn)成本損失20％-50％(或更多)。
此外，增加變壓器尺寸在空間有限的很多部位和應用場合是不希望的。成本和尺寸損失限制了非晶態(tài)金屬變壓器的使用數(shù)量、因此也限制了其市場規(guī)模。
本發(fā)明的非晶態(tài)金屬帶靠單一滾輪、單一縫隙方法來鑄造，但出乎意料的是顯示出分層系數(shù)大于0.86(術語分層系數(shù)通常用來表示帶的平滑性和均勻性，術語疊層系數(shù)用于由帶構(gòu)成的鐵心)。確實，已經(jīng)獲得高達92％的分層系數(shù)。這是通過形成在整個帶寬測量到的極平滑的帶表面和極均勻帶厚度來達到的。
通過仔細控制噴嘴縫隙幾何圖形來保持整個帶寬上的極均勻的厚度。通過確保噴嘴縫隙基本上保持矩形來保持帶中心到帶邊緣的厚度均勻性。為了控制熱機械形變，這樣選擇噴嘴材料、設計和夾具，使得沿其長度方向縫隙寬度變化不超過約5％。雖然有一種尺寸完全固定不變的噴嘴是人們所希望的，但是以這樣的方式夾緊噴嘴以便使形變最小的方法被認為提供了對噴嘴尺寸的輔助控制。
為了保持帶的一邊到帶的另一邊厚度極均勻，控制噴嘴和輪子之間的間距、使得從縫隙的一端到另一端的變化量小于約5％也是必要的。本發(fā)明使用以下裝置它根據(jù)澆鑄帶邊緣到邊緣的測量結(jié)果，調(diào)整噴嘴相對于輪子的位置，以便使邊緣到邊緣的厚度變化最小。
要保持帶表面極平滑就要求噴嘴表面和輪子表面平滑。實現(xiàn)噴嘴表面平滑的方法如下對在澆鑄過程中與熔融金屬接觸的噴嘴縫隙表面進行機加工，達到表面粗糙度Ra約小于5微米。為了在澆鑄過程中保證噴嘴表面光滑，使用惰性氣體或還原氣體的保護氣氛，以便將會降低初始表面光潔度的噴嘴與熔融金屬之間的作用減至最小。此外保護氣氛的使用將使噴嘴上積聚的增加澆鑄帶粗糙程度的熔渣微粒減到最少?？坎粩嗍┘悠淦骄６刃∮诩s60微米的極精細粒度研磨劑的磨料，來保持圓形鑄錠輪表面平滑。
高分層系數(shù)帶允許構(gòu)造本發(fā)明的高疊層系數(shù)的變壓器鐵心。具有高分層系數(shù)非晶態(tài)金屬帶的變壓器鐵心可利用本專業(yè)的技術人員已知的傳統(tǒng)的鐵心構(gòu)造技術來制造。然后，把用高分層系數(shù)帶制造的鐵心夾緊，以便進一步縮小總尺寸，并退火來釋放剩余機械應力以及產(chǎn)生所要求的磁性異向，而不損害最終磁性。可以設計和生產(chǎn)本發(fā)明的疊層系數(shù)等于或大于86％的變壓器鐵心。
根據(jù)實施例1制造的分層系數(shù)在0.873-0.876范圍的非晶態(tài)金屬帶被用來構(gòu)造非晶態(tài)金屬變壓器鐵心?？捎妹绹鴮＠?,734,975；5,261,152和5,329,270中闡明的技術來構(gòu)造變壓器鐵心。鐵心疊層系數(shù)作如下設定。在此使用的術語疊層系數(shù)定義為鐵心引腳凈橫截面積和鐵心總的橫截面積之比，計算方法為疊層系數(shù)＝M/(1/2(Li+Lo)×t×W×ρ)其中M＝鐵心重量Li＝疊片內(nèi)部長度Lo＝疊片外部長度t＝測量的引腳厚度W＝帶寬ρ＝帶密度
權利要求
1.一種具有用ASTM A 900-91測量的等于或大于86％分層系數(shù)的非晶態(tài)金屬帶。
2.權利要求1的非晶態(tài)金屬帶，其特征在于具有等于或大于90％的分層系數(shù)。
3.權利要求1的非晶態(tài)金屬帶，其生產(chǎn)步驟為a)通過具有單一縫隙的噴嘴澆鑄熔融金屬；b)把所述熔融金屬澆鑄在單一的滾輪上，以便形成帶狀型材；以及c)以105K/s冷卻速率固化所述帶狀型材，以便形成所述非晶態(tài)金屬帶。
4.權利要求2的非晶態(tài)金屬帶，其生產(chǎn)步驟為a)通過具有單一縫隙的噴嘴澆鑄熔融金屬；b)把所述熔融金屬澆鑄在單一的滾輪上，以便形成帶狀型材；以及c)以105K/s冷卻速率固化所述帶狀型材，以便形成所述非晶態(tài)金屬帶。
5.一種非晶態(tài)金屬變壓器鐵心，它顯示等于或大于86％的疊層系數(shù)。
6.一種非晶態(tài)金屬變壓器鐵心，它顯示等于或大于90％的疊層系數(shù)。
7.一種變壓器鐵心，它包括具有等于或大于86％的分層系數(shù)的非晶態(tài)金屬帶。
8.一種變壓器鐵心，它包括具有等于或大于90％的分層系數(shù)的非晶態(tài)金屬帶。
全文摘要
本發(fā)明涉及高疊層系數(shù)的非晶態(tài)金屬變壓器鐵心,還涉及構(gòu)造高疊層系數(shù)非晶態(tài)金屬變壓器鐵心的方法。該方法使用高分層系數(shù)非晶態(tài)金屬帶(術語分層系數(shù)通常用來表示帶的平滑性和均勻性,而術語疊層系數(shù)用由帶制造的鐵心);即,具有在整個帶寬上測量到的極平滑表面和極均勻厚度的非晶態(tài)金屬帶。通過卷繞或疊層操作,可以把高疊層系數(shù)非晶態(tài)金屬帶有效地組裝成各種緊密形狀的變壓器鐵心。然后把變壓器鐵心夾緊以便進一步縮小總尺寸,并且將其退火以便釋放剩余機械應力以及產(chǎn)生所要求的磁性異向,而不損害最終磁性。
文檔編號C22C33/00GK1308764SQ99808439
公開日2001年8月15日 申請日期1999年5月13日 優(yōu)先權日1998年5月13日
發(fā)明者N·德克里斯托法羅, 小R·L·布耶, D·A·恩戈, M·L·布里格斯 申請人:聯(lián)合訊號公司