CN103151160B - 变压器及其卷绕铁芯的制造装置和制造方法 - Google Patents

变压器及其卷绕铁芯的制造装置和制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明为变压器及其卷绕铁芯的制造装置和制造方法。在层叠结构的变压器铁芯中，为了能够抑制磁路特性和尺寸的变动并提高生产率，作为层叠结构的变压器铁芯的制造技术，从薄板状磁性材料环状卷绕而成的多个卷绕体的每一个中并列地抽出该磁性材料，在预先设定的位置上大致同时地分别加以切断，形成长度不同的多个薄板状磁性材料，按长度顺序将该多个磁性材料层叠来形成块状层叠体，并进一步按长度顺序层叠该块状层叠体，将该多个块所层叠而成的层叠体以下述方式环状化：按照长度较长的块状层叠体位于外周侧、长度较短的块状层叠体位于内周侧的方式，将层叠体卷绕在卷芯上，使各磁性材料的两端部相互对接或重合，使该对接部或重合部在邻接的磁性材料层间位于周方向的不同位置上。

Description

变压器及其卷绕铁芯的制造装置和制造方法
本申请是2009年6月11日提出的申请号为200980102766.8的专利申请“变压器、变压器铁芯的制造装置和制造方法”的分案申请
技术领域
本发明涉及由薄板状磁性材料层叠而成的变压器铁芯的结构和制造技术。
背景技术
作为在专利文献中记载的与本发明有关的现有技术，例如有日本特开平8-162350号公报（专利文献1）和日本特开平4-302114号公报（专利文献2）中记载的技术。在日本特开平8-162350号公报中，作为能提高产品特性的变压器用非晶铁芯的制造技术，记载了下述技术：从多个开卷装置的卷状非晶片材重叠地抽出多片片材，在该重叠的片材的各个块中，使各片材的切断长度以2πt或接近2πt的量变化，同时切断多片片材，使矩形状成型时的连接部的间隙基本上一定；在日本特开平4-302114号公报中，作为在磁特性优良、制造工序简化、设备费用降低等方面优选的非晶铁芯的制造技术，记载了下述技术：串行排列辊卷非晶材料的多个卷轴，将从各卷轴抽出的非晶片料粘合层叠得到片料，串行排列另外多个卷轴，将从各卷轴抽出的非晶片料粘合层叠而得到片料，通过将上述两种粘合层叠而得到的片料进一步层叠而得到片材块，将该片材块连续地送出并以规定的长度切断，确定该切断的片材块的位置，一面矩形状地成型一面依次卷绕在芯上而构成矩形铁芯，然后对其进行磁退火。
此外，对变压器铁芯的制造装置和制造方法中磁性材料的切断机构和方法进行说明。
作为与本发明相关的现有技术，可列举日本特开平10-241980号公报（专利文献3）。在日本特开平10-241980号公报中，记载了下述内容：在层叠多片片材并连续地向切断机构送出的工序之后，对层叠的片材块测量厚度，从而调整切断长度，抑制材料的偏差。但是，非晶材料每片的厚度非常薄，大约为25μm，除此之外板厚的变化率也很大，在某区间上最大和最小的比可能会产生110%以上的差。因此，材料所占空间的比率即占空系数非常差，若令静态设备类中使用的电磁钢板为97%左右，则非晶材料是85%左右，如在日本特开平8-162350号公报中说明的那样，仅仅通过测量厚度难以抑制材料的偏差。此外，由于边测量厚度边进行切断，所以切断的速度可能会变慢。
但是，抑制每个材料的偏差，在应用了非晶材料的卷绕铁芯的制造中确实能够产生非常有益的效果。例如，在变压器的情况下，与绕线交链的铁芯的截面积是最重要的因素，但是如上所述，在使用作为板厚的偏差和占空系数较差的材料的非晶材料的情况下，所使用的材料的偏差越大，对截面积的影响就越大，在不能管理板厚的偏差的情况下，可能需要投入必要以上的材料，或反过来不能提供必需量的材料，在最坏的情况下，可能以此为原因导致产品的特性不良。此外，切断长度也受到其影响，长度可能会超出必要，从而导致卷绕铁芯的连接部的形状变坏，特性产生恶化，或向连接部投入原本不需要的材料，结果减小了铁芯截面积，可能导致特性恶化。
专利文献1：日本特开平8-162350号公报
专利文献2：日本特开平4-302114号公报
专利文献3：日本特开平10-241980号公报
发明内容
在上述现有技术中，都将从多个卷抽出的非晶片料多片重叠构成重叠片材，以规定长度将其切断，将该切断的片材矩形状成型，从而形成非晶铁芯，矩形状成型时的连接部处的各个非晶片料的两端部间的间隙长度和两端部的搭接长度（两端部相互重合的长度）搭接位置（两端部相互重合的位置）由重叠片材的切断长度决定，所以即使在一个重叠片材内，配置在矩形状铁芯的外周侧的片材和配置在内周侧的片材上的间隙长度和搭接长度也为不同的值，这构成该间隙长度和搭接长度的偏差，从而影响铁芯的磁路特性和尺寸等，使它们发生变化。进一步地，在重叠片材自身的切断长度存在偏差的情况下，这使得上述连接部的间隙长度和搭接长度及搭接位置的偏差进一步变大，使铁芯的磁路特性即铁损和磁阻等，以及铁芯的尺寸即连接部处的层叠厚度进一步发生较大的变化变大。
鉴于上述现有技术的情况，本发明要解决的技术问题是，在层叠结构的变压器铁芯中，能够抑制磁路特性和尺寸的变动，并提高生产率。
此外，如上所述，对切断的非晶材料测量多片层叠的厚度并由此实施切断长度的反馈，还存在不现实的部分。在本发明中，不使用实际测量的厚度，而是采用其他的方式推测厚度，从而抑制包含切断长度的调整的材料的偏差，实现产品特性的稳定化。此外，实现铁芯自身的性能提高也是本发明的目的。
另一方面，也重新考虑了切断时的材料送出的结构，提出能提高上述问题中的特别是切断后的材料送出的精度的结构。
为了解决上述技术问题，在本发明中，作为层叠结构的变压器铁芯，将长度不同的多个长条状磁性材料的薄板层叠构成环状，使得各层的该磁性材料的长度方向的前端面和末端面的对接部或重合部在邻接层之间位于该铁芯的周方向的不同位置上。此外，作为层叠结构的变压器铁芯的制造技术，从薄板状磁性材料环（hoop）状卷绕而成的多个卷绕体的每一个中并列地抽出该磁性材料，在预先设定的位置上大致同时地分别加以切断，形成长度不同的多个薄板状磁性材料，按长度顺序将该多个磁性材料层叠来形成块状层叠体，并进一步按长度顺序层叠该块状层叠体，将该多个块所层叠而成的层叠体以下述方式环状化：按照长度较长的块位于外周侧、长度较短的块位于内周侧的方式，将层叠体卷绕在卷芯上，在各块内，使各磁性材料的两端部相互对接或重合，使该对接部或重合部在邻接的磁性材料层间位于周方向的不同位置上。此外，作为层叠结构的变压器铁芯的制造技术，从薄板状磁性材料环状卷绕而成的多个卷绕体的每一个中并列地抽出该磁性材料，在预先设定的位置上大致同时地分别加以切断，形成长度不同的多个薄板状磁性材料，按长度顺序将该多个磁性材料层叠，以各个磁性材料的长度方向的一个端部的端面相互对齐而另一端部的端面相互错开的状态，形成块状层叠体，将该块状层叠体以长度较长的磁性材料在外周侧、长度较短的磁性材料在内周侧的方式按照预先设定的曲率加以弯曲，并再次使其伸展，将多个磁性材料相互之间的错开量调整为预先设定的量，进一步按长度顺序层叠该调整了错开量的多个由磁性材料构成的块状层叠体，将该多个块状层叠体层叠而成的层叠体按照下述方式环状化：按照长度较长的块位于外周侧、长度较短的块位于内周侧的方式，将层叠体卷绕在卷芯上，在各块内，使各磁性材料的两端部相互对接或重合，使该对接部或重合部在邻接的磁性材料层间位于周方向的不同位置上。
此外，在本发明中，作为用于抑制产品的偏差的解决方法，非晶材料在交付时带有制造商的报告（制造厂产品记录数据，mill sheetdata），该报告中记载了根据某规定长度下的材料宽度和质量的实际测量求得的质量平均板厚、占空系数。通过由该记载值得到的所使用的带材（卷材，hoop material）的板厚平均值和占空系数平均值，确定切断时的修正值，实现精度的提高。
此外，切断非晶材料，根据每一定片数（例如每1000片）的切断长度、实测质量来计算质量平均板厚t1。此外，在层叠过程中，施加一定的荷重以测量每一定片数的层叠厚度T1，根据上述质量平均板厚t1和切断片数n计算层叠厚度T2，根据与层叠厚度实测值T1的差来计算实测占空系数LF1。进一步地，预先设定标准占空系数LF2，根据与实测占空系数的偏差率来变更修正值KLF，对切断长度进行反馈。
作为用于材料送出机构的高精度稳定化的解决方法，在本发明中，使送出材料成V字或反V字角度。或在接收送出材料的托架上设置传送带机构。或者，采用它们的组合。进一步地，为了减小送出材料和接收托架的磨擦，从托架喷出空气使材料浮起。此外，随着切断长度变长，进行送出速度控制，通过使传送速度变慢来提高送出精度。
根据本发明，在层叠结构的变压器铁芯中，能够抑制磁路特性和尺寸的变动，并提高生产率。其结果为，能够实现变压器铁芯的低成本化。
此外，虽然在现有的发明中，通过进行测量精度非常难以保证的板厚的测量来进行切断长度的修正，从而使材料的偏差得以缓和，但是在本发明中，通过求取接近实际状态下的质量平均板厚，能够抑制材料的偏差，并使产品特性稳定化。
此外，由于重新考虑了材料的送出机构，能够实现成型精度的提高。
附图说明
图1是表示使用基于本发明的制造技术的变压器铁芯的变压器的结构例的图。
图2是基于本发明的制造技术的变压器铁芯中的磁性材料的连接部的说明图。
图3是表示本发明的变压器铁芯的制造装置的结构例的图。
图4是图3的变压器铁芯的制造装置中的错开量调整机构的说明图。
图5是图3的变压器铁芯的制造装置中的第二重叠机构的说明图。
图6是图3的变压器铁芯的制造装置中的环状化机构的说明图。
图7是表示本发明的变压器铁芯的制造装置的其他结构例的图。
图8是表示在本发明的变压器铁芯的制造装置中利用铁芯材料的制造厂产品记录（报告）的情况下的切断、成型的流程的图。
图9是在现有的变压器铁芯的制造装置中，决定变压器的铁芯材料的切断长度时的流程图。
图10是在本发明的变压器铁芯的制造装置中，抽出铁芯材料进行切断的抽出方式的切断机的外观图。
图11是在本发明的变压器铁芯的制造装置中决定磁性材料的切断长度时的流程图。
图12是在本发明的变压器铁芯的制造装置中，送出铁芯材料进行切断的送出方式的切断机的外观图。
图13是在本发明的变压器铁芯的制造装置中，测量铁芯材料的层叠厚度的层叠厚度测量装置的简要图。
图14是在本发明的变压器铁芯的制造装置中，测量铁芯材料切断前的层叠厚度的层叠厚度测量装置的简要图。
图15是在本发明的变压器铁芯的制造装置中送出铁芯材料的送出装置的简要图。
图16是在本发明的变压器铁芯的制造装置中错开铁芯材料的切断长度的技术的说明图。
附图标记说明
1000、1000’ …变压器铁芯的制造装置
2000 …变压器
1 …变压器铁芯
2a、2b …线圈
10A、10B、10C …块状层叠体
10a～10e、11a～11d …非晶片材
20、20A …连接部
100、100’ …卷绕体支承部
101a～101d、102a～102d …卷轴部
150a～150d …卷绕体
180、180’ …辊
200、200’ …切断机构
201a～201d、202a～202d …切割部
300、300’ …抽出部
301a～301d、301a’～301d’ …把持部
302a～302d …驱动部
400、400’ …第一重叠单元
500 …错开量调整单元
501A …端部固定部
502A1、502A2 …中间部固定部
600 …第二重叠单元
700 …环状化单元
701 …卷芯
800 …热处理单元
900、900’ …控制单元
80 …开卷装置部
81 …切断装置部
82 …材料堆叠部
84 …切断·送出一体装置部
88 …铁芯
89 …层叠厚度测量用圆筒
90 …送出装置（送带辊）
91 …材料抽出装置（把手机构）
93 …引导件
85 …非晶材料
94c、94d、94e …托架
96 …把手机构部送带辊
97 …分隔件
具体实施方式
下面，采用附图说明本发明的实施例。
图1～图7是本发明的实施例的说明图。图1是表示使用基于本发明的制造技术的变压器铁芯的变压器的结构例的图，图2是基于本发明的制造技术的变压器铁芯中的磁性材料的连接部的说明图，图3是表示本发明的变压器铁芯的制造装置的结构例的图，图4是图3的变压器铁芯的制造装置中的错开量调整机构的说明图，图5是图3的变压器铁芯的制造装置中的第二重叠机构的说明图，图6是图3的变压器铁芯的制造装置中的环状化机构的说明图，图7是表示本发明的变压器铁芯的制造装置的其他结构例的图。
在图1中，2000是变压器，1是由多片作为薄板（片）状磁性材料的例如厚度大约为25μm的非晶材料（下面称为非晶片材）层叠而构成的、形成变压器2000的磁路的环状铁芯，2a、2b分别是对铁芯1进行励磁的线圈，20是多个非晶片材层叠而成为一块的层叠体（下面称为块状层叠体）中分别形成的连接部，20A是该连接部20中的一个。多个连接部20中，在铁芯的厚度方向（±Z轴方向）上相互邻接的连接部20在铁芯1的周方向（图1中的±X轴方向）上相互错开配置，处在不同的位置。在各连接部20内，各非晶片材的连接部即每个非晶片材的前端部和末端部之间的连接部中，相互邻接的连接部（各非晶片材）在铁芯1的周方向（±X轴方向）上位于相互不同的位置。
下面，对说明中所使用的图1的结构中的构成元件采用与图1相同的标记。
图2是表示构成图1的铁芯1的一个块状层叠体中的连接部20A内的状态的图。
在图2中，10A是块状层叠体，10a～10e分别是构成块状层叠体10A的厚度大约为0.025×10-3m的非晶片材，10a1是非晶片材10a的前端部，10a2是非晶片材10a的末端部，ga是在前端部10a1和末端部10a2之间形成的间隙。本图2的结构是非晶片材10a～10e的各前端部的端面（前端面）和末端部的端面（末端面）在隔着间隙相对的状态下对接的情况。在任何一个非晶片材中，该间隙都是能够抑制各非晶片材所形成的磁路中的磁阻的增大和磁通量的泄漏的较小的值，也可以为零。下面，将非晶片材的前端面和末端面相对接的部分称为对接部。在块状层叠体10A中，非晶片材10a～10e具有不同的长度，使非晶片材10a、10b、10c、10d、10e的长度依次增长，最短的非晶片材10a配置在环状铁芯1的内周侧，最长的非晶片材10e配置在外周侧。在本发明中，各非晶片材10a～10e中，可以按照各前端部和末端部相互重合（搭接）的方式使该两端部相互重合。在这种情况下，将该重合的部分称为重合部。
下面，对说明中所使用的图2的结构中的构成元件采用与图2相同的标记。
图3是表示本发明的变压器铁芯的制造装置的结构例的图。本结构例是使从多个卷绕体抽出的多个薄板状磁性材料的平面正投影相互重叠的情况下的例子。
在图3中，1000是变压器铁芯1的制造装置；100是分别对由作为磁性材料的大约25μm的薄板状非晶片材环状卷绕而成的多个卷绕体进行支承的、作为支承机构的卷绕体支承部；150a～150d是由大约0.025×10-3m的薄板状非晶片材环状卷绕而成的卷绕体；101a～101d是支承卷绕体150a～150d并使其为可旋转的状态的卷轴部；11a～11d是从卷绕体150a～150d抽出的非晶片材；180是与抽出的非晶片材11a～11d抵接并使非晶片材11a～11d产生张力的辊；200是在预先设定的位置大致同时地切断上述抽出的多个非晶片材11a～11d从而形成长度不同的多个薄板状非晶片材的切断机构；201a～201d是在切断机构200内切断非晶片材11a～11d而使其为长条状的非晶片材的切割部；300是从上述多个卷绕体150a～150d的每一个中分别仅以预先设定的长度量抽出非晶片材11a～11d的作为抽出机构的抽出部；301a～301d分别是在抽出部300内把持非晶片材11a～11d的前端部的把持部；302a～302d分别是在抽出部300内使把持部301a～301d向各非晶片材11a～11d抽出的方向移动变位的驱动部；400是作为第一重叠机构的第一重叠单元，使上述被切断的多个长条状的非晶片材按其长度顺序层叠（重合），成为各自的长度方向的一个端部的端面（前端面或后端面）相互对齐而另一端部的端面（后端面或前端面）相互错开的状态、或者该两端部的端面（前端面或后端面）都相互错开的状态，从而形成块状层叠体；500是作为错开量调整机构的错开量调整单元，将上述形成的块状层叠体内的上述多个非晶片材相互之间的错开量即非晶片材的前端面和后端面的各自的位置的错开量调整为预先设定的量；600是将错开量已得到调整的多个块状层叠体按其长度顺序层叠的作为第二重叠机构的第二重叠单元；700是作为环状化机构的环状化单元，将上述多个块状层叠体层叠而成的层叠体按下述方式环状化：按照长度较长的块状层叠体位于外周侧、长度较短的块状层叠体位于内周侧的方式，将层叠体卷绕在卷芯上，使各非晶片材的两端部相互对接或重合，使该对接部或重合部在邻接的非晶片材层间位于周方向的不同位置上；900是对上述卷绕体支承部100、上述切断机构200、上述抽出部300、上述第一重叠单元400、上述错开量调整单元500和上述第二重叠单元600进行控制的控制单元；800是以预先设定的温度和时间对上述已被环状化的层叠体（由多个块状层叠体构成）加热而进行热处理的热处理单元。在图3中，铁芯1的制造装置1000包括上述卷绕体支承部100、上述切断机构200、上述抽出部300、上述第一重叠单元400、上述错开量调整单元500、上述第二重叠单元600、上述环状化单元和上述控制单元900。
在上述错开量调整单元500中，利用端部固定部压住构成上述块状层叠体的非晶片材中最外部的两片非晶片材各自的一个端部侧的表面，在层叠方向上对该块状层叠体作用压缩力，从而固定该块状层叠体的端部；在此状态下，利用弯曲部使该端部固定部移动变位，以预先设定的曲率将该块状层叠体按照长度较长的非晶片材在外周侧、长度较短的非晶片材在内周侧的方式弯曲；进一步地，利用中间部固定部，在该弯曲了的该块状层叠体的长度方向的中间部，在磁性材料层叠方向上对该层叠体作用压缩力；之后，在利用该中间部固定部对该层叠体作用压缩力的情况下，释放由上述端部固定部对该层叠体实施的端部固定，并使该端部固定部移动变位，减小该层叠体的上述弯曲的曲率，从而将该层叠体内的上述多个非晶片材相互之间的错开量调整为预先设定的量。
在上述图3的结构中，铁芯1经由以下步骤制造。即，
（1）利用抽出部300，从由非晶片材环状卷绕而成的多个卷绕体150a～150d的每一个中，分别将各非晶片材抽出预先设定的各长度量。
（2）利用切断机构200，在预先设定的位置大致同时地切断上述抽出的多个非晶片材从而形成长度不同的多个薄板状的非晶片材。
（3）利用第一重叠单元400，使上述被切断的多个非晶片材按长度顺序层叠，成为各自的长度方向的一个端部的端面相互对齐而另一端部的端面相互错开的状态、或者该两端部的端面都相互错开的状态，从而形成块状层叠体。
（4）在错开量调整单元500中，利用端部固定部，压住上述块状层叠体的非晶片材中最外部的两片非晶片材各自的上述一个端部侧的表面，在非晶片材的层叠方向上对该块状层叠体作用压缩力，从而固定该块状层叠体的端部。
（5）在错开量调整单元500中，使上述端部固定部移动变位，以预先设定的曲率将上述块状层叠体按照长度较长的非晶片材在外周侧、长度较短的非晶片材在内周侧的方式弯曲。
（6）在错开量调整单元500中，利用中间部固定部，在上述弯曲了的上述块状层叠体的长度方向的中间部，在磁性材料层叠方向上对该层叠体作用压缩力。
（7）在错开量调整单元500中，在利用上述中间部固定部对上述块状层叠体作用压缩力的情况下，释放由上述端部固定部对该块状层叠体实施的端部固定，并使该端部固定部移动变位，减小该块状层叠体的上述弯曲的曲率，从而将该块状层叠体内的上述多个非晶片材相互之间的错开量调整为预先设定的量。
（8）利用第二重叠单元600，将上述错开量已得到调整的多个块状层叠体按其长度顺序层叠。
（9）利用环状化单元700，将上述多个块状层叠体层叠而成的层叠体按下述方式环状化：按照长度较长的块状层叠体位于外周侧、长度较短的块状层叠体位于内周侧的方式，将层叠体卷绕在卷芯上，使各非晶片材的两端部相互对接或重合，使该对接部或重合部在邻接的非晶片材层间位于周方向的不同位置上。
（10）在热处理单元800中，以预先设定的温度和时间对上述已被环状化的层叠体加热而进行热处理。该热处理在磁场内进行。
下面，对说明中所使用的图3的结构中的构成元件采用与图3相同的标记。
图4是图3的制造装置1000中的错开量调整单元500的说明图。
在图4中，501A是端部固定部，在错开量调整单元500内，压住由厚度约0.025×10-3m的非晶片材10a～10e层叠而成的块状层叠体10A的最外部的两片非晶片材10a、10e各自的一个端部10a1、10e1侧的表面，在非晶片材的层叠方向上对该块状层叠体作用压缩力，从而固定该块状层叠体的端部；502A1、502A2分别是中间部固定部，在错开量调整单元500中，在弯曲了的上述块状层叠体10A的长度方向的中间部，在非晶片材层叠方向上对该块状层叠体10A作用压缩力；10Ae1是块状层叠体10A的由端部固定部501A固定的块状层叠体10A的端部的端面，10Ae2是块状层叠体10A的另一个端部的端面。
在图4中，（a）表示了非晶片材10a～10e以长度顺序（长度由长到短的顺序：10e、10d、10c、10b、10a的顺序，或者长度由短到长的顺序：10a、10b、10c、10d、10e的顺序）层叠，一个端部的端面10Ae1相互对齐而另一个端部的端面10Ae2相互错开的块状层叠体10A的、该端面10Ae1的端部由端部固定部501A固定时的状态；（b）表示了使上述端部固定部501A移动变位，以预先设定的曲率将上述块状层叠体10A按照长度较长的非晶片材10e在外周侧、长度较短的非晶片材10a在内周侧的方式弯曲，并且利用中间部固定部502A1、502A2，在该已弯曲的块状层叠体10A的长度方向的中间部（例如两端部间的中央部位置），在非晶片材层叠方向上对该块状层叠体10A作用压缩力时的状态；（c）表示了在利用中间部固定部502A1、502A2对块状层叠体10A作用压缩力的情况下，释放由上述端部固定部501A对该块状层叠体10A实施的端部固定，并使该端部固定部501A向减小该块状层叠体10A的曲率的方向移动变位，从而使该块状层叠体10A的上述弯曲消失而成直线状，将该块状层叠体10A内的多个非晶片材10a～10e相互之间的错开量调整为预先设定的量时的状态。在上述（b）的状态下，由于非晶片材10e的由上述弯曲导致的曲率半径最大，所以因该弯曲而被牵引的程度最大，向端面10Ae1侧移动（错开）的程度最大，相反地，由于非晶片材10a的由上述弯曲导致的曲率半径最小，所以因该弯曲而被牵引的程度最小，向端面10Ae1侧移动（错开）的程度最小。在移动之后，由中间部固定部502A1、502A2保持非晶片材10a～10e相互之间的错开状态。此外，在块状层叠体10A恢复到直线状的（c）状态中，在端面10Ae1侧也产生错开。即，（a）状态下的端面10Ae2侧的错开量由于（b）的弯曲而如（c）所示地分配到端面10Ae1侧和端面10Ae2侧。
下面，对说明中所使用的图4的结构中的构成元件采用与图4相同的标记。
图5是图3的变压器铁芯的制造装置1000中的第二重叠单元600的说明图。
在图5中，10A、10B、10C分别是由错开量调整单元500形成为如图4（c）的状态的块状层叠体，10C的长度最长，10A的长度最短，10B的长度在10C和10A中间。第二重叠单元600将错开量已得到调整的多个块状层叠体10A、10B、10C按其长度顺序层叠。10是由块状层叠体10A、10B、10C按其长度顺序重叠而成的层叠体。在层叠体10中，块状层叠体10A、10B、10C相互之间在±X轴方向上错开的量是下述错开量，其使得当该层叠体10被环状化时，各非晶片材的两端部的对接部或重合部在邻接的非晶片材层之间位于周方向的不同位置。
下面，对说明中所使用的图5的结构中的构成元件采用与图5相同的标记。
图6是图3的变压器铁芯的制造装置1000中的环状化单元700的说明图。
在图6中，701是卷绕层叠体10的卷芯。在环状化单元700中，对由上述多个块状层叠体10A、10B、10C层叠而成的层叠体10按下述方式环状化：按照长度较长的块状层叠体10C位于外周侧、长度较短的块状层叠体10A位于内周侧的方式，将层叠体10卷绕在卷芯701上，使各非晶片材的两端部相互对接或重合，使该对接部或重合部在邻接的非晶片材层间位于周方向的不同位置上。即，在环状化的状态下，在块状层叠体10A的连接部20A内，使各非晶片材的两端部的对接部或重合部在邻接的非晶片材层间位于周方向的不同位置上。在块状层叠体10B、10C内的情况也是相同的。进一步地，在块状层叠体10A、10B、10C之间，也使非晶片材的两端部的对接部或重合部在邻接的非晶片材层间位于周方向的不同位置上。
图7是表示本发明的变压器铁芯的制造装置的另一结构例的图。本结构例是使从多个卷绕体抽出的多个薄板状磁性材料（非晶片材）的平面相互平行的情况下的例子。
在图7中，1000’是变压器铁芯1的制造装置；100’是分别对由作为磁性材料的大约25μm的薄板状非晶片材环状卷绕而成的多个卷绕体进行支承的、作为支承机构的卷绕体支承部；150a～150d是由大约0.025×10-3m的薄板状非晶片材环状卷绕而成的卷绕体；102a～102d是支承卷绕体150a～150d并使其为可旋转的状态的卷轴部；180’是与抽出的非晶片材11a～11d抵接并使非晶片材11a～11d产生规定的张力的辊；200’是在预先设定的位置大致同时地切断上述抽出的多个非晶片材11a～11d从而形成长度不同的多个薄板状的长条状非晶片材的切断机构；202a～202d是在切断机构200’内切断非晶片材11a～11d而使其为长条状的切割部；300’是从上述多个卷绕体150a～150d的每一个中分别仅以预先设定的长度量抽出非晶片材11a～11d的作为抽出机构的抽出部；301a’～301d’分别是在抽出部300’内把持非晶片材11a～11d的前端部的把持部；400’是作为第一重叠机构的第一重叠单元，使上述被切断的多个非晶片材10a～10c按其长度顺序层叠（重合），成为各自的长度方向的一个端部的端面（前端面或后端面）相互对齐而另一端部的端面（后端面或前端面）相互错开的状态、或者该两端部的端面（前端面或后端面）都相互错开的状态，从而形成块状层叠体；500是作为错开量调整机构的错开量调整单元，将上述形成的块状层叠体内的上述多个非晶片材相互之间的错开量即非晶片材的前端面和后端面的各自的位置的错开量调整为预先设定的量；600是将错开量已得到调整的多个块状层叠体按其长度顺序层叠的作为第二重叠机构的第二重叠单元；700是作为环状化机构的环状化单元，将上述多个块状层叠体层叠而成的层叠体按下述方式环状化：按照长度较长的块状层叠体位于外周侧、长度较短的块状层叠体位于内周侧的方式，将层叠体卷绕在卷芯上，使各非晶片材的两端部相互对接或重合，使该对接部或重合部在邻接的非晶片材层间位于周方向的不同位置上；900’是对上述卷绕体支承部100’、上述切断机构200’、上述抽出部300’、上述第一重叠单元400’、上述错开量调整单元500和上述第二重叠单元600进行控制的控制单元。
在图7中，切断成规定的不同长度的长条状非晶片材10a～10c由第一重叠单元400’按长度顺序层叠，成为各自的长度方向的一个端部的端面相互对齐而另一端部的端面相互错开的状态、或者该两端部的端面都相互错开的状态，从而形成块状层叠体。之后的处理与上述制造装置1000的情况相同。
根据以上说明的作为本发明实施例的技术，在层叠结构的变压器铁芯中，能够抑制磁路特性和尺寸的变动并提高生产率。其结果为，还能够使变压器铁芯低成本化。
另外，虽然在上述实施例中，块状层叠体10A由长度不同的非晶片材10a～10e这五片非晶片材构成，但是本发明不限于此，块状层叠体10A也可以由更多长度不同的非晶片材构成。块状层叠体10B、10C也具有相同的情况。此外，虽然在上述实施例中，层叠体10由块状层叠体10A、10B、10C构成，但是该层叠体10也可以由更多的块状层叠体构成。
接下来，采用附图说明与铁芯的制造装置和制造方法相关的涉及铁芯材料的切断的发明。
图8～图16是在本发明的变压器铁芯的制造装置中与铁芯材料的切断相关的实施例技术的说明图。图8是表示在本发明的变压器铁芯的制造装置中利用铁芯材料的制造厂产品记录（报告）的情况下的切断、成型的流程的图、图9是在现有的变压器铁芯的制造装置中，决定变压器的铁芯材料的切断长度时的流程图、图10是在本发明的变压器铁芯的制造装置中，抽出铁芯材料进行切断的抽出方式的切断机的外观图、图11是在本发明的变压器铁芯的制造装置中决定磁性材料的切断长度时的流程图、图12是在本发明的变压器铁芯的制造装置中，送出铁芯材料进行切断的送出方式的切断机的外观图、图13是在本发明的变压器铁芯的制造装置中，测量铁芯材料的层叠厚度的层叠厚度测量装置的简要图、图14是在本发明的变压器铁芯的制造装置中，测量铁芯材料切断前的层叠厚度的层叠厚度测量装置的简要图、图15是在本发明的变压器铁芯的制造装置中送出铁芯材料的送出装置的简要图、图16是在本发明的变压器铁芯的制造装置中错开铁芯材料的切断长度的技术的说明图。
在图8中，首先，从决定铁芯材料的切断条件（步骤50）开始。最初，虽然材料的切断长度采用由设计图得出的尺寸加以切断，但是由于存在材料的偏差（板厚的变动导致的占空系数的差异），所以该长度并不一定是最佳长度。最佳长度是使得当以适当的力进行搭接作业时材料的对接部保持规定的长度的长度。
在步骤51中，根据铁芯材料的制造厂产品记录数据的质量平均板厚（之后说明）和占空系数（一定容积（在此情况下是面积）内铁芯（磁性材料）所占的比例），自动地计算带材（将薄带状铁芯材料卷绕在卷轴上构成）整体的运送量的平均修正量。
此外，该各个材料的制造厂产品记录数据按带编号统一管理（步骤52），从而利用该数据。
计算出材料的运送量的平均修正量，决定运送量，将材料送出（步骤53）。
在送出材料之后，进行切断（步骤54），判断带材是否发生材料用尽（步骤55）。
在发生材料用尽的情况下，更换带材的材料（步骤56），输入更换的带编号（步骤57），返回到自动计算上述带材整体的运送量的平均修正值的步骤51，重复该循环。
在没有发生材料用尽的情况下，层叠材料，判断由层叠的材料所构成的铁芯是否达到规定的截面积（步骤59）。若铁芯的截面积没有达到规定值，则返回到材料的送出步骤53，重复该循环。
如果铁芯的截面积达到规定值，移动到下一成型工序。
此处，在现有技术的情况下，一般来说求取铁芯截面积的方法是，在铁芯的层叠厚度方向上施加一定的力以测量厚度，对该实测厚度乘以标准的占空系数，再进一步乘以材料的板宽度，从而求得截面积。或者是以下方法，即，通过求取铁芯的体积并乘以占空系数来计算设计质量，达到该质量的铁芯能够确保设计上的截面积。在这些方法中，虽然将占空系数设置为一定值，但是实际上由于板厚的变动导致占空系数是变动的值，所以对非晶材料采用这些方法是非常不准确的。
对此，在本发明中采用下述方法，即，以制造厂产品记录作为材料板厚的代表值，考虑实际板厚，或累积计算层叠的层叠片数和材料宽度，从而直接求取截面积。由此，一致地管理与绕线交链的铁芯的截面积，能够进一步地进行高精度的铁芯制造。
图9是在现有的变压器铁芯的制造装置中决定铁芯材料的切断长度时的流程图，基本上基于上述的现有想法计算截面积。
即，作为铁芯材料的切断条件，认为材料的板厚和占空系数固定，在操作者进行接合部的作业时，判断切断长度是否合适，之后，作为修正系数进行反馈，并在下一次制造时加以调整。
即，根据图9的流程图，将铁芯材料的切断条件下的切断长度设定为由设计图求得长度。对该设定的长度，操作者在需要长度调整时进行调整，如果不需要调整，则以设计尺寸进行处理（步骤61），将材料送出（步骤63）。
送出的材料被切断（步骤64），并进行层叠（步骤65）。然后，判断层叠的铁芯是否达到必要的规定的质量（步骤66）。
如果没有达到规定的质量，返回到材料的送出（步骤63），重复操作直到达到规定的质量。
此外，若材料达到规定量，则转移到将铁芯U字状成型的成型工序（步骤67）。在将铁芯成型之后，观察搭接状态即接合部的状态，进行材料的切断长度的修正（步骤68）。
这样，在现有技术中，操作者根据成型后的接合状态的结果调整材料的切断长度。此外，在该方法中，不确定是否能够真正确保设计者想要的截面积。
接下来，在图10中，作为铁芯制造装置的前段部，表示抽出作为铁芯材料的非晶材料的抽出方式的切断机构。
为了减少磁特性的偏差，使用的是层叠多片非晶薄带而得的铁芯。层叠片数在5～20片是适当的，一般在10片左右。图10表示在非晶铁芯制造装置中的开卷装置80、切断装置81和堆叠材料的材料堆叠部82。在该材料堆叠部82之后，有矩形成形装置、退火装置。
在开卷装置80中，将卷绕在每五个一串地设置有两层的卷轴84上的非晶材料85利用卷轴84分别送出，将上下层的非晶薄带重叠，从而形成10片重叠的片材86。并且，使该片材86保持最佳的张力，吸收松驰，向切断装置81送出。
在切断装置81中，根据在图8中说明的切断条件的流程图，以最佳的切断条件切断非晶薄带的片材86。
此外，在切断装置81中，由把手（handle）机构抓住片材86，边保持适当的张力边进行切断。将切断了的片材86向下一工序即材料堆叠部82送出。
图11是表示第二实施例的决定切断铁芯材料的切断条件的流程图。
首先，与图8相同地，材料的切断长度从设计图获得，成为最初的材料切断长度（步骤69）。接下来，仅送出（步骤70）送出量L1的材料并加以切断（步骤71）。将切断了的材料层叠（步骤72）。在层叠状态下，实测材料的层叠厚度（将其称为实际层叠厚度T1）。此外，对材料的质量（M）进行测量（步骤73），在实测材料的层叠厚度和质量之后，计算质量平均层叠厚度t1（步骤74）。
在此，对质量平均层叠厚度t1进行说明。切断装置按照当质量成为某规定的指定质量（一个铁芯份的重量）时结束切断的方式设定，此时若在切断长度（L1）×层叠片数×材料宽度×材料的比重的结果上再乘以板厚（质量平均板厚t1），可求得切断质量。
能够利用该关系式求取质量平均板厚t1。将其定义为质量平均层叠厚度t1，并由上述关系式求出。在该关系式中，指定切断长度L1、切断质量M的数值，材料的宽度和材料的比率是固定值，层叠片数是堆叠的材料的片数，从而通过这些数据求出结果。
接下来，在计算出质量平均板厚t1之后，判断铁芯的截面积是否达到规定的面积（步骤75）。如果铁芯的截面积没有达到规定的值，则进行步骤76所示的运算，求取材料的修正送出量L1。
即，
有效层叠厚度T2＝质量平均板厚t1×层叠片数n        …（1）
有效占空系数LF1＝有效层叠厚度T2/实测层叠厚度T1   …（2）
修正系数KLF＝有效占空系数LF1/标准占空系数（LF2） …（3）
修正送出量L1＝修正系数KLF×基准送出量L2          …（4）
其中，如上所述，占空系数是一定容积内铁芯（磁性材料）的占用比例，标准占空系数是作为设计值的占空系数。
在变压器的设计中必要的是铁芯（磁性材料）的截面积，在材料的板宽度一定的情况下，实际层叠的层叠厚度是很重要的，有效层叠厚度指的就只是该磁性材料的厚度。
此外，有效占空系数是由有效层叠厚度除以实测层叠厚度得到的实质的占空系数。
进一步地，对修正系数进行说明。当材料的占空系数发生改变时，进行搭接作业时的搭接量的值也发生改变。因此，在占空率低时若以通常的值进行切断，则搭接量会变小。因此，修正系数就用于在切断时对这些搭接量的变动进行调整。由于搭接量改变时会对特性产生影响，所以是切断时最重要的因素。
此外，修正送出量是设计值，是材料以此为基准切断的送出量。
在图11中，由上述运算式求出修正系数之后，返回到步骤70的材料送出步骤，重复操作直到达到规定的截面积。
在将切断的材料层叠至达到规定的截面积之后，转移到成型工序（步骤77）。
接下来，在图12中，作为铁芯制造装置的一部分，表示送出铁芯材料的送出方式的切断机构。下面说明其结构。
在图12中，80是开卷装置，将卷绕在三个一串设置为一层的卷轴84上的非晶材料85利用卷轴84送出。在此，表示了在一串卷轴中非晶薄带五片重叠的状态。从开卷装置80送出五片重叠的非晶材料，再通过重合形成重叠了十五片的片材86。对该片材86使用辊消除松驰，并将其送出，利用切断装置切断。在此，87表示将进行材料的送出和切断的功能一体化的切断·送出一体装置。将由该切断·送出一体装置切断的材料送往材料堆叠部82。在材料堆叠部82中，层叠一个铁芯份的材料，并送入下一步骤，该步骤在此不作记载。
接下来，图13是表示在图11所示的流程图中的铁芯材料的层叠厚度的实测方法的简要图。
在图13中，86是非晶材料，将由该非晶材料层叠而得材料以铁芯88为基台U字状成型，使层叠厚度测量用圆筒（cylinder）89与铁芯的一个边接触，从而实测铁芯厚度T1。
图14是对切断铁芯材料前的材料层叠进行实测的简要图。在图14（a）中，90是供给铁芯材料的送出装置，81是切断装置，88是铁芯，89是层叠厚度测量用圆筒，91是材料抽出装置，其具有把手机构。
图14（a）中的上侧图表示下述状态，即，利用由送带辊构成的送出装置90供给材料，由具有把手机构的材料抽出装置91在从虚线到实线的位置上抽出材料（非晶材料86）。
在图14（a）的下侧图中，使送带辊从上图的状态离开材料86，在材料抽出装置91的相反侧配置把持并牵引材料的机构92，由材料把持机构部92和材料抽出装置两者对材料进行牵引，在保持张力的状态下利用切断装置81进行切断。在切断之后，对载置在铁芯88上的材料，使配置在上方的层叠厚度测量用圆筒89下降并压上，从而实测材料的层叠厚度。这样，通过对材料施加后张力来进行测量，具有提高材料层叠厚度的测量精度的效果。
图14（b）中的实测铁芯材料的层叠厚度的方法虽然相同，但在材料下侧设置了引导件93，从而能够容易地进行测量。
图15表示将材料送出的送出装置的简要图。图15（a）中，沿长度方向V字形状地送出由送出装置90的送带辊送出的材料（非晶材料86）。虽然在图中没有示出，但是为了使材料构成V字形状，可在材料下侧设置V字形状的引导件，使材料沿该引导件随其V字形状地变形而送出。
这样，通过使从带材送来的板状的材料构成为V字形状，能够使其具有一定强度，并且可以在送出过程中更加直线地运送，具有提高操作性的效果。
图15（b）是与图15（a）不同的实施例，是在材料的长度方向上反V字形状地变形而进行送出的结构图。虽然在图中没有示出，但是为了使材料构成反V字形状，可在材料下侧设置反V字形状的引导件，使材料沿该引导件跟着被送出。通过这样的结构，得到与图15（a）相同的效果。
图15（c）～（e）表示送出材料时的托架。图15（c）表示并列设置两列平面状传送带式托架94c的结构。材料（非晶材料86）在隔开间隔并列配置为两列的托架94c上送出。
图15（d）表示使平面状的两列传送带式引导件托架94d具有倾斜度的结构，以使材料在送出时不会从送出线脱落。
此外，在图15（e）中，表示使平面状的两列传送带式托架94e具有倾斜度的结构，托架94e为平板，在该平板上设置大量的孔，并且从下方吹送空气。通过这样的结构，能够使送出的材料上浮地加以运送。利用该结构，具有不会对材料产生损伤等效果。
图16表示在材料的送出机构的装置中使材料的切断长度错开的结构的图。
在图16中，81表示切断装置，90表示送出装置（送带辊），91表示材料抽出装置（把手机构），86表示材料（非晶材料），96表示把手机构部送带辊，97表示具有缝隙形状的分隔件。
在图16（a）中，由送带辊90将材料86送出，对于材料86，使设置在材料抽出装置的把手机构部中的送带辊96的上下的转速不同。例如，如果使上侧不旋转而使下侧旋转，则能够仅运送重叠的材料的下侧，能够使材料错开。通过像这样控制送带辊的旋转，能够控制材料的错开量。
图16（b）表示利用材料抽出装置的把手机构91通过具有缝隙的分隔件97抽出由送带辊96送出的材料86，从而进行切断的结构。图16（b）的上图表示材料由分隔件97分开的状态，下图表示利用把手机构91抽出被分隔开的材料并加以错开的状态。
像这样构成错开的状态，搭接时的操作性能得到提高。
通过以上说明，本发明有望具有产业上的可利用性。

Claims (5)

1.一种变压器铁芯的制造装置，用于制造由磁性材料的薄板层叠而成的环状的变压器铁芯，其特征在于，该制造装置包括：
对由薄板状磁性材料环状卷绕而成的多个卷绕体的每一个进行支承的支承机构；
从所述多个卷绕体的每一个将各磁性材料抽出预先设定的长度量的抽出机构；
将抽出的多个磁性材料在预先设定的位置上同时地切断，形成长度不同的多个薄板状磁性材料的切断机构；
将被切断的多个磁性材料按长度顺序层叠，形成块状层叠体的第一重叠机构；
将所述层叠体内的所述多个磁性材料相互间的错开量调整为预先设定的量的错开量调整机构；
将所述错开量已得到调整的多个块状层叠体按其长度顺序层叠的的第二重叠机构；
环状化机构，其将所述多个块状层叠体层叠而成的层叠体按下述方式环状化：按照长度较长的块状层叠体位于外周侧、长度较短的块状层叠体位于内周侧的方式，将层叠体卷绕在卷芯上，在各块状层叠体内，使各磁性材料的两端部相互对接或重合，使该对接部或重合部在邻接的磁性材料层间位于周方向的不同位置上；
至少控制所述抽出机构和所述切断机构的控制部；和
切断成型部，其从所述磁性材料的制造厂产品记录数据中记载的占空系数与标准占空系数的比算出与送出量相关的修正系数，以将该修正系数乘以基准送出量所得的积作为送出量，送出所述磁性材料并将其切断成型。
2.根据权利要求1所述的变压器铁芯的制造装置，其特征在于，
所述错开量调整机构包括：
端部固定部，其压住所述块状层叠体的磁性材料中最外部的两片磁性材料各自的所述一个端部侧的表面，在磁性材料层叠方向上对该层叠体作用压缩力，从而固定该层叠体的端部；
弯曲部，其使该端部固定部移动变位，以预先设定的曲率将该层叠体按照长度较长的磁性材料在外周侧、长度较短的磁性材料在内周侧的方式弯曲；和
中间部固定部，其在该弯曲了的该层叠体的长度方向的中间部，在磁性材料层叠方向上对该层叠体作用压缩力，
该错开量调整机构在利用该中间部固定部对该层叠体作用压缩力的情况下，释放由所述端部固定部对该层叠体实施的端部固定，并使该端部固定部移动变位，减小该层叠体的所述弯曲的曲率，从而将该层叠体内的所述多个磁性材料的相互间的错开量调整为预先设定的量，
所述环状化机构将所述多个块状层叠体层叠而成的层叠体按下述方式环状化：按照长度较长的块状层叠体位于外周侧、长度较短的块状层叠体位于内周侧的方式，将层叠体卷绕在卷芯上，使各磁性材料的两端部相互对接或重合，使该对接部或重合部在邻接的磁性材料层间位于周方向的不同位置上。
3.根据权利要求1或2所述的变压器铁芯的制造装置，其特征在于，
所述切断成型部包括V字形状或反V字形状的引导件和由送带辊送出的机构。
4.根据权利要求1或2所述的变压器铁芯的制造装置，其特征在于，
所述切断成型部包括设置有传送带的托架。
5.根据权利要求1或2所述的变压器铁芯的制造装置，其特征在于，
所述切断成型部包括设置有空气喷出口的托架。
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