CN104662623A - 生产用于环带芯的软磁条状材料的方法和装置 - Google Patents

Abstract

提出一种生产用于卷带芯的软磁条状材料的方法，包括以下步骤：提供带状材料、对带状材料施加热处理温度、在带状材料的纵向对施加了温度的带状材料施加拉力，从而在带状材料中提供拉应力、从带状材料制成软磁条状材料，所述方法还包括：确定所产生的软磁条状材料的至少一个磁变量、响应于所确定的磁变量调节拉力来调整拉应力。此外还提供一种用于执行该方法的装置以及利用该方法产生的卷带芯。

Description

生产用于环带芯的软磁条状材料的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种生产软磁条状材料的方法，尤其涉及一种生产用于卷带芯的软磁条状材料的方法，以及执行该方法的装置。

背景技术

软磁材料有各种不同的应用。例如可将纳米晶合金条状材料形式的软磁材料用于卷绕磁芯，即所谓的环带芯，此外还将其用于电流互感器、电力变压器、电抗器以及磁变换器头或者电流互感器磁芯。已知有各种不同的生产方法和相应的生产装置可用于生产软磁材料。

已知的生产装置通常被设计成连续退火设备，并且能够对快速凝固磁性材料(以下称作“条状材料”)进行热处理。利用铸造工艺生产快速凝固磁性材料，接着将其卷绕成卷，然后作为连续条状材料送入连续退火设备中加工成软磁材料。在功工过程中对材料进行热处理，并且同时使其受到拉应力作用，以使得条状材料具有所需的磁特性。

美国专利文献US 6,171,408B1描述了一种用于环带芯的生产方法，所述环带芯由非晶铁磁材料构成。按照该方法所述，铸造非晶铁磁条状材料，接着使其经过加热环境，并且同时使其受到磁场作用。适当调整运动速度，使其适应于加热环境，从而在确定的时间范围内对条状材料进行限定性加热。

例如美国公开文献US2008/0196795A1中就描述了一种可用于此类方法的生产装置。该装置包括用于容纳非晶铸造条状材料卷盘的收卷轴。该装置还包括用于从非晶条状材料产生纳米晶条状材料的温控隧道炉和至少一个S形单元，该单元布置在条状材料的隧道炉入口前面并且与制动电机相连，并且还包括用于在非晶条状材料的纵向调节拉力的拉紧装置。与测力装置相结合的控制装置对布置于隧道炉入口前面的S形单元的制动电机进行控制。

附加地采用了布置在隧道炉出口下游并且与电机相连的第二S形单元。此外该装置还有用于所产生的纳米晶条状材料的卷绕心轴，可用于从纳米晶材料生产磁芯。可利用该装置将卷绕到收卷轴上用于绕组(线圈)的非晶条状材料重新退绕，条状材料通过布置于隧道炉入口前面的第一S形单元，接着在通过布置于隧道炉出口处的第二S形单元并且如上所述在随后的卷绕心轴上卷绕成磁芯之前首先通过测力装置和下游的隧道炉。

美国专利文献US 7,583,172B2也公开了从纳米晶材料制成此类卷绕磁芯的示例。该磁芯主要用于电流传感器之中，因此应具有尽可能低的导磁性率，以获得充分的测力精度。

已知的装置和生产方法均在热处理过程中使得待加工的非晶条状材料处在拉应力作用下。以这种方式可以通过拉应力在条状材料中诱发各向异性，使得以此产生的软磁条状材料具有特征鲜明且沿着拉应力方向有定义的导磁性μ(对应于诱发各向异性)的扁平磁滞回线，因为所述生产方法可以实现的导磁性水平取决于所施加的拉应力。

就此而言，已知的方法仍然存在缺点：由于利用所述的铸造法并且随后进行收卷和开卷制成卷材或者在连续退火炉中进行处理，因此所制备的待加工非晶条状材料具有在条状材料纵向局部变化的条状材料厚度。这与通常在生产条件下恒定的条状材料宽度相结合，就会导致局部截面积随着条状材料纵向的位置变化。其结果就是，由于在截面积波动的情况下施加拉力，因此局部拉应力同样也会不一样大。根据以上所述的关系，这又会导致局部诱发各向异性以及因此局部导磁性也会随着截面积的波动而变化。

但并非仅仅所述的截面积变化、而且其它工艺流程参数(如热处理温度，可选择设置的磁场，条状材料通过速度，炉长度，热导率和传递给条状材料的热量，条状材料厚度以及所使用的合金)均会影响诱发各向异性K_u。由于这些参数实际上无法保持恒定不变，因此局部诱发各向异性和局部导磁性也会随之变化。

因此本发明的任务就是消除或者至少减少以上所述的缺点，尤其提供一种导磁性沿着条状材料纵向尽可能恒定不变的软磁条状材料。

发明内容

按照本发明所述，可利用具有权利要求1所述特征的方法以及具有权利要求12所述特征的装置解决这一任务。相关从属权利要求所述均为有利的实施方式。

因此提出一种生产用于卷带芯的软磁条状材料的方法，包括以下步骤：

提供带状材料，

在热处理温度下对带状材料进行热处理，

在带状材料的纵向对经过热处理的带状材料施加拉力，从而在带状材料中提供拉应力，其中为了从带状材料产生软磁条状材料，所述方法还包括：

确定所产生的软磁条状材料的至少一个磁测量量，并且

响应于所确定的磁测量调节拉力来调整拉应力。

这些步骤的顺序也可以根据应用情况有所变化。

可在随后的步骤中以施加热处理温度的方式对所提供的带状材料尤其是非晶带状材料进行热处理。接着在进行热处理的同时和/或者随后对带状材料施加所述的拉力，从而在带状材料中产生拉应力。可以通过拉应力在带状材料中诱发材料的组织变化和各向异性，例如横向各向异性。例如适当调整拉应力，即可使得利用该方法产生的软磁条状材料具有特征鲜明且在拉应力方向有定义的导磁性μ的扁平磁滞回线。可以在进行热处理的同时进行施加拉力。

如前所述，诱发各向异性与所施加的拉应力成正比，导磁性取决于各向异性。在附图3a和3b及相关说明部分中给出了这些关系的示意图和详细说明。

利用所述的步骤从带状材料产生具有定义的磁特性或组织变化的软磁带状材料，接着对其进行测量，从而确定一个或者多个磁测量量。这些磁测量量可以推断所产生的条状材料的磁特性，如可用于描述所产生的软磁条状材料的磁特性。以下还将举例列举可以确定的磁测量量。

了解至少一个磁测量量之后，就可以按照所述的方式调节拉力，从而将拉应力调整到所需的值。也就是利用拉力改变拉应力，其中根据所确定的至少一个磁测量来调节拉力。

按照一种实施方式所述，执行调节拉力的步骤时适当改变拉力，使得带状材料纵向的拉应力至少逐段沿着纵向基本上保持恒定不变。这样即可适当改变拉力，使得带状材料中的局部拉应力能够保持恒定不变。以这种方式可以通过在带状材料的纵向范围内因生产条件引起的局部波动的截面积适当弥补局部拉应力的影响，从而基本上防止相关的拉应力的与之相连的波动，该情况就如同仅仅施加了恒定的拉力一样。

结果在拉应力恒定不变的情况下，就能在连续的带状材料中诱发恒定不变的各向异性K_u，这同样也会引起恒定不变的导磁性μ。已知还有其它一些参数能够在这种生产方法中影响和改变诱发各向异性，其中包括例如热处理温度、带状材料的通过速度、用于施加热处理温度的路程(即炉长度)、带状材料的(平均)厚度、热导率或者传递给带状材料的热量和/或者所选合金的类型以及可选择采用的磁场的参数。

由于这些参数实际上部分保持恒定不变，因此可以利用调节拉应力，也就是调节条状材料中的可在工艺流程中设置的力，使得条状材料长度范围内的诱发各向异性K_u并可因此导磁性μ保持恒定不变。为此例如可以按照额定拉应力值以很小的步距改变条状材料中的力，以便弥补局部影响因素，例如温度差异、条状材料厚度波动、通过速度的微小偏差、材料成分变化等等。

例如可以根据所确定的磁测量调节拉力来调整所需的拉应力，使得诱发各向异性K_u和导磁性在定义的分段范围内或者甚至在带状材料的全长范围内保持恒定不变。

如果利用所述的调节使得拉应力仅仅逐段保持恒定不变或者始终变化，那么这样还能够通过改变相应的给定值将第一分段中的拉应力保持在第一值并且在随后的第二分段中保持在第二值不变。当然也可以使得两个以上的分段具有各自独立设置的恒定拉应力值。接着可以例如将每个分段用来卷绕各自的磁芯，并且从而依次产生具有不同磁特性的磁芯。

例如调节拉力包括以预定义的额定拉应力值自动调整拉应力。可以响应于至少一个磁测量量自动以很小的步距或者以额定拉应力值连续改变传入到带状材料之中的拉力，以便平衡带状材料中的局部影响因素，例如温度差异、条状材料厚度波动、通过速度偏差和/或者材料成分中的变化。

例如可以连续调节拉力，也就是不断进行检查和(再)调节。同样可以如前所述仅仅针对带状材料的某个定义的分段设置预定义的额定值，从而能够赋予一个或者多个依次排列的分段独立的拉应力水平，这样就能在相应分段的长度范围内调整诱发各向异性，或者能够在很宽的范围内适当地调整因此而实现的导磁性。

例如可根据带状材料或者对此所用合金的所选材料成分实现100以下直至10000范围内的导磁性μ。较低的导磁性μ尤其适用于电流变换器、变压器、储能电抗器以及不会使得所产生的卷带芯不会铁磁饱和的其它应用，当有很大的电流流过卷带芯周围的绕组时，卷带芯的电感不会丧失。

在此可根据相应应用的特殊要求得出合适的导磁性值。例如适合于上述应用的导磁性μ可以在1500～3000、200～1500或者50～200之间。例如有利于耐直流电流互感器的导磁性μ约为1500～3000，而适合于变压器的导磁性范围为200～1500，并且适合于储能电抗器的导磁性范围约为50～200。当然也可以采用其它的值范围。

所述实施方式的优点在于可以将以上两个方面相结合，也就是能使得拉应力在较宽的范围内保持恒定不变，以及通过相应的额定拉应力值逐段设定拉应力水平。例如仅将交给的拉力施加到带状材料之中不足以实现较低的导磁性，因为仅针对带状材料的某个特定局部区域精确设置了所达到的目标导磁性。除了确定的拉力水平之外，还必须极其精密并且以无干扰方式改变拉力，以便能将拉应力与所述的一样保持在恒定的值。

换句话说，可以利用所述的方法生产具有一个或多个不同恒定导磁性水平或者导磁性连续变化的软磁条状材料，其中可以利用本发明所述的调节装置，在条状材料的全带长范围内或者在某一个或多个定义的分段范围内形成与给定额定导磁性值偏差很小的导磁性水平。

此外作为可选的步骤，该方法还可以包括对带状材料施加磁场(磁场处理)，其中例如可以在热处理之后或者同时进行磁场处理。当然也可以利用超过一个的磁场，譬如利用具有不同空间取向的多个磁场进行处理。

该方法还可以包括将所产生的软磁条状材料的至少一个确定的分段卷绕制成至少一个环带芯的步骤，随后包括确定至少一个磁测量量的步骤。因此可在上述步骤之后将所产生的条状材料卷绕成一个或多个环带芯。由于利用所述的方法可在某一个或者多个水平上产生尽可能恒定不变或者连续变化的导磁性，因此可以制成导磁性在芯之内各分布非常稳定的芯，但是也能以很小的加工公差制成具有相同导磁性额定值的多个芯。

按照另一种实施方式所述，响应于至少一个磁测量控制卷绕步骤。例如这样就能适当卷绕所定义的分段，可利用所确定的磁测量量通过特性描述决定这些分段。例如当达到某个不同的导磁性水平的时候，也就是当识别或者产生导磁性变化曲线中的突变的时候，就可以对卷绕进行相应控制。例如可以结束卷绕第一芯，并且开始卷绕新的芯。

按照另一种实施方式所述，卷绕步骤包括卷绕定义的带层数量的软磁条状材料产生至少一个环带芯，其中响应于至少一个磁测量量定义条状材料带层的数量。为此可考虑例如将局部条状材料厚度或与此相关的导磁带截面积用于卷绕步骤。在真正卷绕之前就可以确定条状材料带层的数量，并且可在卷绕过程中适当改变条状材料带层的数量，使得卷绕磁芯具有预定义的芯截面积A_KFe。

所述方法能够制成一定数量的芯，其中每个芯除了在所卷绕的条状材料长度范围内具有所定义的导磁性变化曲线之外，还包括具有所定义的芯截面积的芯截面。

因此这种形式的条状材料不仅能实现在以下还将详细说明的连续退火设备中处理拉应力作用下的合金，而且也能生产具有任意圈数的卷带芯。以这种方式可以适当选择圈数或者带层的数量，从而能够以简单方式使调整卷带芯的大小和磁特性匹配于预期的应用。

在此例如可以适当改变带层的数量，使得第一环带芯的截面积A_KFe1和第二环带芯的截面积A_KFe2基本上同样大。这样就能产生任意数量具有相同大小磁芯截面积的环带芯，但是仍然有很小的芯截面积偏差。例如作为替代或补偿方案，也可以适当改变带层的数量，使得第一环带芯的导磁性和第二环带芯的导磁性基本上同样大。

在卷绕相应的磁芯时，也可以通过平均过程支持至少逐段恒定导磁性的效应和同样大磁芯截面积的效应。利用卷绕时的该叠加效应，可在条状材料的一定长度(例如几米)范围内补偿与预定义额定值的正偏差和负偏差。这样就能在用一种原材料从热处理直至制成芯的唯一生产工艺或过程中实现导磁性和芯截面积加工公差极小的成品芯。以这种方式可实现较窄的芯公差，从而可以生产比较小的芯，有助于节省材料和成本。

以下将详细解释在所产生的软磁条状材料中测定的磁测量对于随后的卷绕芯和以此实现的很小加工公差的特殊意义。通常根据所选的合金适当选择带状材料的热处理温度和通过速度，使得经过热处理后的软磁条状材料的纳米晶状态下的磁致伸缩几乎为零。应将此作为从经过热处理的软磁条状材料卷绕成芯的基本条件，该芯即使在卷绕过程之后也能在其卷绕状态下具有与未卷绕的条状材料相似或者甚至相同的导磁性。其原因在于，卷绕引起的弯曲应力与磁致伸缩值的乘积就是条状材料中的诱发各向异性，因此必须将其保持在尽可能小的程度。如果无法实现这一点，那么卷绕芯的导磁性就会或多或少有别于条状材料的导磁性。

此外还发现软磁条状材料生产方法中尽可能高的诱发各向异性会使得磁芯由于卷绕张力而对始终保特不变的很小的附加各向异性不敏感。附图6所示是未卷绕的软磁条状材料上测定的磁滞与卷绕的卷带芯上测定的磁滞的比较结果。

如前所述，可以在拉应力作用下对所述方法中作为原材料提供的带状材料施加热量，以便产生所需的磁特性。这时所选择的温度很重要，因为对材料组织的影响取决于该温度。可以适当选择该温度，使得热处理温度低于带状材料的结晶温度，从而保持带状材料的非晶状态，或者使得热处理温度高于带状材料的结晶温度，从而使得带状材料从非晶状态转变为纳米晶状态。

例如纳米晶状态有利于环带芯，并且可使得所产生的条状材料具有优异的软磁特性。可通过纳米晶组织实现较低的饱和磁致伸缩，同时实现较高的饱和极化强度。通过在所定义的拉应力下进行提出的热处理，在适当选择合金的情况下，可产生具有中间线性部分的磁滞回线。与此相关的是较低的磁滞损耗以及在磁滞回线的线性中间部分中很大程度上与所施加的磁场或预磁化无关的导磁性，对于以上所述的应用情况而言，这些正是卷带芯所需的特性。

除了已解释的处理步骤之外，适当选择带状材料对于所产生的卷带芯的磁特性也很重要。带状材料包括(任意的)快速凝固磁性材料，例如包括选自非晶钴合金、钴铁或钴镍合金和/或者铁合金、铁镍合金的至少一种组分，其中所述钴合金、钴铁合金、钴镍合金的热处理温度低于结晶温度，所述铁合金、铁镍合金的热处理温度高于结晶温度。

例如可以使用基于钴、镍和/或者铁的非晶合金作为原材料。也可以使用申请人注册了商标和/或者的合金以及其它适合作为磁性材料的材料。

基于铁的合金例如可以包括具有最多1Atom％杂质的

Fe_{100-a-b-c-d-x-y-z}Cu_aNb_bM_cT_dSi_xB_yZ_z

M表示一种或多种元素Mo、Ta或Zr，T表示一种或多种元素V、Mn、Cr、Co或Ni，Z表示一种或多种元素C、P或Ge，其中a、b、c、d、x、y、z的值如下：

0Atom％≤a＜1.5Atom％，

0Atom％≤b＜4Atom％，

0Atom％≤(b+c)＜4Atom％，

0Atom％≤d＜5Atom％，

10Atom％≤x＜18Atom％，

5Atom％≤y＜11Atom％以及

0Atom％≤z＜2Atom％.

该合金同样适宜以条状材料形式铸造而成，并且在热处理之后具有纳米晶组织，其中至少50Vol.％的组织晶粒具有小于100nm的平均尺寸。所述合金也适宜具有剩磁比J_r/J_s＜0.1的磁滞，并且矫顽磁场强度H_S与各向异性磁场强度H_A之比＜10％。最后所述的合金可以选择不含铌和/或者铜。

按照本发明的一种实施方式所述，实时确定至少一个磁测量量。这种情况下可以在正在运行的生产线之内“in-line”在线鉴定磁特性。以下还将对磁测量的选择示例加以说明。

以这种方法和方式可以使得带状材料或者所产生的软磁条状材料全速通过生产装置，不必中断或减慢工艺流程进行测定。

例如可以从由饱和磁通、条状材料截面积A_Fe、各向异性磁场强度、导磁性、矫顽磁场强度以及所产生的软磁条状材料的剩磁比组成的群中选择至少一个磁测量。所产生的条状材料的所有这些测量或相应的磁特性均与传入到材料中的拉应力有关，并且因此可以利用所述的方法对其进行调节。

如果确定磁测量量的步骤同样包括确定局部导磁带截面积A_Fe，则不仅能制成如前所述导磁性沿着其长度方向尽可能恒定不变的软磁条状材料，而且还能同时获得关于所产生的条状材料的厚度变化的信息。该细合能够从所产生的条状材料卷绕成导磁性值精确可调并且磁芯截面积A_KFe可调的环带芯，其方式为在真正卷绕之前就已能够定义所需的条状材料长度。

此外还提出一种用于生产软磁条状材料的装置，所述装置具有

入口侧供料装置，用来提供带状材料

热处理装置，用来在热处理温度下对带状材料进行热处理，

拉紧装置，用来对经过热处理的带状材料施加拉力，从而至少在热处理装置的范围内在带状材料的带纵轴方向产生拉应力，

其中可以调节拉紧装置改变带状材料中的拉力，从而调整拉应力，

其中所述用于产生软磁条状材料的装置还包括用来确定所产生的软磁条状材料的至少一个磁测量的测量装置，并且

其中还采用了用于调节拉紧装置的调节单元，该调节单元经过适当设计并且与测量装置相连，使得调节拉紧装置包括响应于至少一个所确定的磁测量调节拉力。

该装置还可以包括具有至少一个卷绕心轴、用来卷绕所产生的软磁条状材料的某个所定义的分段从而产生至少一个环带芯的卷绕单元，其中所述卷绕单元经过适当设计并且与测量装置相连，从而可响应至少一个所确定的测量量进行卷绕。

该装置还可以包括用来产生至少一个磁场的装置，从而可对经过热处理的材料施加至少一个所产生的磁场。

磁场可以垂直于和/或侧向于带纵轴或带表面。

例如可以适当设计用来在带状材料中产生拉力的拉紧装置，使得带状材料仍然可以连续向前运动，并且可根据测量装置所确定的磁测量按照调节单元的默认值改变拉力。例如拉紧装置必须能够将充分高的拉力传入到带状材料之中，并且必须保证所需的精度，例如允许可重现的拉力变化，即使当带状材料塑性伸展时也能施加并且保征所设定的拉力。

为此用来产生拉力的拉紧装置包括两个相互耦合的S形滚轮传动装置、张力辊调节装置和/或者振动控制装置以及扭矩控制的制动传动机构和/或者机械制动滚轮。当然也可以使用能满足所述要求的其它合适的拉紧装置。

利用入口侧供料装置提供的带状材料优选包括端部定宽裁切的材料、浇铸的带状材料和/或者卷绕成卷的材料。利用这种预制方式能够方便在连续退火设备之类的热处理装置中进行处理。

例如将测量装置布置在热处理装置和/或者拉紧装置下游的分段之中，使得所产生的经过测量装置的软磁条状材料不受拉紧装置所提供的拉力作用。当然为了输送和卷绕条状材料，仍然可以存在一定的张力或拉力。

此外还提出一种环带芯，所述环带芯包括卷绕的软磁条状材料，按照以上所述的方法生产软磁条状材料和/或者磁芯。

按照一种实施方式所述，软磁条状材料可以涂有绝缘层，以使得环带芯的绕组相互电隔离。该涂层可以是例如聚合物涂层或者陶瓷层。可以在卷绕成环带芯之前和/或者之后给条状材料涂上绝缘层。

当然并非只能以所述的组合方式使用以上所述和以下还将解释的特征，而是也能够以任意合适的组合方式加以使用或者单独使用。

附图说明

以下将根据附图中所示的实施例，对本发明进行详细解释。附图如下：

附图1是按照第一种实施方式绘制的本发明所述方法的流程示意图，

附图2是本发明所述装置的一种实施例的示意图，

附图3a和3b是拉应力诱发各向异性的原理，机械和磁力学术语，以两幅图表现传入到带状材料之中的拉应力与所产生的各向异性或导磁性之间的关系，

附图4是带状材料厚度变化曲线局部示例图，

附图5是附图4中所示的变化曲线与区域分界，

附图6是未卷绕的软磁条状材料上测定的磁滞回线与卷绕芯上测定的磁滞回线比较图，

附图7是按照现有技术所述的条状材料和按照本发明所述产生的条状材料各自可实现的导磁性比较图，以及

附图8是按照本发明所述产生的卷带芯的加工公差示例图。

具体实施方式

附图1所示为按照第一种实施方式绘制的本发明所述生产用于卷带芯的方法的示例流程图。该方法包括：提供带状材料，在热处理温度下对带状材料进行热处理，在带状材料的纵向对经过热处理的带状材料施加拉力，从而在带状材料中产生拉应力。这些步骤可用来从带状材料产生软磁条状材料。此外该方法还包括确定所产生的条状材料的至少一个磁测量，并且响应于所确定的磁测量调节拉力来调整拉应力(箭头A)。

该方法还可选择性地包括将所产生的软磁条状材料的至少一个确定的分段卷绕制成至少一个环带芯的步骤，随后包括确定至少一个磁测量的步骤。例如可响应于至少一个磁测量控制或调节卷绕步骤(箭头B)。

附图2所示为按照一种实施方式绘制的本发明所述用于生产软磁条状材料的装置20的示意图。装置20包括：用来提供带状材料的入口侧供料装置21、用来在热处理温度下对带状材料进行热处理的热处理装置22、用来在对条状材料施加拉力，从而至少在热处理装置22的范围内在条状材料的带纵轴方向产生拉应力的拉紧装置24。可以调节拉紧装置24改变带状材料中的拉力，从而形成产生软磁条状材料所需的拉应力。

此外装置20还包括用来确定所产生的软磁条状材料的至少一个磁测量的测量装置25和用来调节拉紧装置24的调节单元26，其中所述调节单元26经过适当设计并且与测量装置25相连，使得调节拉紧装置24包括响应于至少一个所确定的磁测量量来调节拉力。在附图所示的实施方式中，拉紧装置24包括两个相互耦合的S形滚轮传动装置以及张力辊控制装置。作为补充或替代方案，滚轮传动装置也可以具有不同的速度，处在条状材料运动方向中的第一滚轮传动装置可以具有比下游滚轮传动装置略小的传动速度，这样就能在两个滚轮传动装置之间产生附加拉力。也可代之以将第一滚轮制动而不是驱动。张力辊控制装置除了能产生拉力之外，也可用来补偿速度波动。作为替代或补充方案，可以采用振动控制装置。

装置20可选择性地包括用来产生至少一个磁场从而可对经过热处理的条状材料施加至少一个磁场的装置23，并且/或者包括具有多个卷绕心轴28用来卷绕所产生的条状材料的某个所定义的分段从而产生一定数量环带芯的卷绕单元27，其中所述卷绕单元27经过适当设计并且与测量装置25相连，从而可响应于至少一个所确定的测量量进行卷绕。卷绕单元27同样可选择包括用来将条状材料供应给相应卷绕心轴28的附加S形滚轮传动装置29。

附图3a和附图3b所示为利用拉力F传入到带状材料之中的拉应力与所产生的各向异性K_u或导磁性μ之间的关系。可按照以下公式，根据拉力F和局部导磁带截面积A_Fe(材料截面积)得出带状材料30中的拉应力σ：

$\mathrm{\σ}=\frac{F}{A_{\mathrm{Fe}}}$

使得按照附图3b所示，横向于纵向延伸的带状材料30的诱发各向异性K_u随拉应力σ上升。通过所施加的拉应力σ调整导磁性μ，已知可按照以下公式，根据磁滞回线的平均斜率或者根据磁通密度B_S(饱和磁化)或磁场强度H(各向异性磁场强度H_a)以及磁场常数μ₀结合各向异性K_u得出导磁率：

$\mathrm{\μ}=\frac{1}{2}\frac{B_S^2}{{\mathrm{\μ}}_0{K}_u}$

例如当生产条件引起带状材料的厚度波动时，假设宽度保持不变，那么局部截面积A_FE就会波动，如果拉力F恒定不变，那么拉应力σ就会随之波动。这又会使得诱发各向异性K_u有所变化，该变化将会通过所述的关系影响导磁率μ，使其也会在从带状材料产生的软磁条状材料的长度范围内发生变化。

附图3b还显示了三种热处理温度下导磁率随拉应力σ变化的曲线。

附图4所示为附图3中的带状材料30的厚度变化曲线局部示意图，在其中可以看出带状材料中的局部影响。为此绘出了轴向纵向位置l₁＝440m和l₂＝640m之间的局部带状材料30，其中所使用的材料是，仅作为示例。描述了Δl＝200m区间之内因生产过程、例如快速凝固工艺(具有任意合适的材料)引起的条状材料厚度突变。例如出现了条状材料厚度局部变化，并且应归因于生产方法。这些变化在附图所示的测量结果中约为1～2μm，但通常也可能大于3～4μm，因此会在作为原材料用于本发明所述方法的带状材料的厚度变化曲线中引起明显的突变。

附图5再次展现了附图4中所示带状材料的厚度变化曲线。假设带状材料的宽度恒定不变，根据以上所述的关系可知，在条状材料厚度较大的区域I中(左侧区域)，带状材料的局部截面积A_FE1大于条状材料厚度较小的相邻右侧区域II中的第二局部截面积A_FE2。在拉力恒定不变的情况下，左侧区域I中的局部拉应力σ₁就已小于右侧区域II中的拉应力(σ₂)。由于诱发各向异性以及导磁性μ也与带状材料中的局部拉应力σ有关，因此局部导磁性的曲线也会有变化。为了避免这个情况，按照本发明所述的方法，并非使拉力F保持不变，而是对其适当进行连续调整，以连续调节拉力的方式抵消材料或生产条件引起的影响和效应，从而在带状材料中形成恒定的拉应力。

附图6所示是未卷绕的软磁条状材料上测定的磁滞回线60与卷绕磁芯上测定的磁滞回线61的比较。

为了按照本发明所述的方法从未卷绕的软磁条状材料制作卷绕的卷带芯，所述卷带芯具有与条状材料尽可能相似或者甚至相同的导磁性，应根据所选的材料或所选的合金适当调整热处理温度和通过速度，使得条状材料的纳米晶状态下的磁致伸缩近以为零。

卷绕条状材料引起的弯曲张力与磁致伸缩值的乘积就是卷绕条状材料中的附加诱发各向异性，因此要将其保持在尽可能小的程度。否则磁芯的导磁性将会或多或少不同于未卷绕的条状材料的导磁性。

因此产生未卷绕的软磁条状材料时的诱发各向异性越高，则卷带芯对卷绕张力引起的始终不变的很小的附加各向异性越不敏感。

从附图所示的磁滞曲线可以看出，导磁性μ在1000的范围内。这相当于小到中等的诱发各向异性。除了进入磁饱和的区域中有很小的缺陷之外，可以将未卷绕的条状材料60和卷绕的卷带芯61的两条磁滞曲线看成是相同的。

因此卷绕张力引起的附加各向异性对于较高的各向异性也就是对于较小的导磁性而言是次要的。

附图7所示为利用现有技术所述的生产方法(没有按照本发明所述调节拉力)制成的带状材料构成的第一带中所选的Δl＝200m这一段可以实现的导磁性曲线(曲线或测量点A)，以及利用本发明所述生产方法制成的带状条状材料构成的第二带的相应曲线(曲线B)。以曲线C表示相应的平均条状材料厚度变化。为了能够进行直接比较，用纵向分割的公共带制成两个带，例如从较宽的条状材料上切下两个相邻的切条。因此这两个条具有几乎相同的条厚度分布。从附图7还可看出，如果不使用本发明所述的调节方式(曲线A)，那么所实现的导磁率尤其在区域II中明显不同于目标值Z(本示例中μ＝1000)。反之如果使用本发明所述的调节方式(曲线B)，那么尽管条状材料厚度分布有波动，所实现的导磁性μ也能在几百米范围内以大约+/-0.72％比较小的偏差保持恒定。

附图8所示为利用本发明所述方法制成的卷带芯的若干测量点80示例图。使用宽度为6.2mn的VP800型条状材料作为带状材料。在使用所述方法的条件下利用所述的装置额定导磁性值为μ＝800的导磁性，并且利用本发明所述调节拉力的方式使得拉应力在几百米长的带状材料范围内几乎保持不变。以此卷绕制成的每个卷带芯的预定磁芯截面积A_KFe为13mm²。因此每个芯所使用的带长度约为8m。该值仍然可随着局部条状材料厚度(或者局部截面积A_Fe)波动，以便实现预先设定的磁芯截面积A_KFe。

这样即可在受到控制的卷绕过程中根据局部带厚度或多或少地将条状材料卷绕成芯，直至达到预定义的磁芯截面积A_KFe。附图8中所示的所产生的若干磁芯的平均导磁性为μ＝800.7，偏差为0.44％。相应的平均芯截面积A_KFe为13.01mm²，并且因此相对于额定值只有0.25％的偏差。

因此可以从软磁条状材料产生导磁性几乎恒定不变的芯，并且可将芯的截面积保持在尽可能小的程度。最后所述方面的原因在于：由于条状材料纵向的导磁性偏差很高，不需要专门调整单个芯的几何特性。

因此利用本发明所述的方法生产单个芯所需的条状材料长度比较小，以这种方式能够节省材料，除此之外还能够减小相应芯的重量和成本。相应地可以减少超出规定技术要求范围的次品芯，例如由于尺寸太大或者重量太大而引起的缺陷。

附图6、7和8所依据的试验均使用VITROPERM 800作为具有成分Fe_RestCu₁Nb₃Si_15.5B_6.6的原材料。带状材料的条状材料宽度为6.2mm，公称带厚度为19μm。在长度为3m的热处理炉中进行热处理，热处理温度为650℃，并且连续热处理时间为18s。将材料调节到μ＝1000的导磁性，即可实现附图6和7所示的试验结果。附图8以μ＝800的导磁性为基础，并且总计生产或试验了63个芯。

Claims (15)

1.生产用于卷带芯的软磁条状材料的方法，包括以下步骤：

提供带状材料，

在热处理温度下对带状材料进行热处理，

在带状材料的纵向对经过热处理的带状材料施加拉力，从而在带状材料中提供拉应力，其中为了从带状材料产生软磁条状材料，还规定：

确定所产生的软磁条状材料的至少一个磁测量量，并且

响应于所确定的磁测量量，调节拉力来调整拉应力。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在拉力调节步骤中如此改变拉力，使得拉应力在带状材料的纵向至少逐段沿着纵向基本上保持恒定不变，并且/或者拉力调节步骤包括以预定义的额定拉应力值自动调整拉应力。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述方法包括对经过热处理的带状材料施加磁场的步骤。

4.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其中所述方法包括在确定至少一个磁测量量的步骤之后将所产生的软磁条状材料的至少一个定义的分段卷绕以制成至少一个环带芯的步骤。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的方法，其中响应于至少一个磁测量量调节卷绕步骤。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的方法，其中卷绕步骤包括卷绕定义的带层数量的所产生的软磁条状材料以产生至少一个环带芯，并且响应于至少一个磁测量量定义条状材料带层的数量。

7.根据权利要求1到6中任一项所述的方法，其中如此改变条状材料带层的数量，使得第一环带芯的截面积A_Fe1和/或者导磁性与第二环带芯的截面积A_Fe2或导磁性基本上同样大。

8.根据权利要求1到7中任一项所述的方法，其中热处理温度低于带状材料的结晶温度，从而保持带状材料的非晶状态，

或者使得热处理温度高于带状材料的结晶温度，从而使得带状材料从非晶状态转变为纳米晶状态。

9.根据权利要求1到8中任一项所述的方法，其中带状材料包括快速凝固磁性材料，其具有选自非晶钴合金、钴铁或钴镍合金和/或者铁合金、铁镍合金的至少一种组分，其中所述钴合金、钴铁合金、钴镍合金的热处理温度低于结晶温度，并且所述铁合金、铁镍合金的热处理温度高于结晶温度。

10.根据权利要求1到9中任一项所述的方法，其中实时实现至少一个磁测量量的确定。

11.根据权利要求1到10中任一项所述的方法，其中所述至少一个磁测量量选自由饱和磁通、导磁带截面积、各向异性磁场强度、导磁性、矫顽磁场强度和所产生的软磁条状材料的剩磁比组成的群。

12.用于生产软磁条状材料的装置，具有

入口侧供料装置，用来提供带状材料

热处理装置，用来在热处理温度下对带状材料进行热处理，

拉紧装置，用来对带状材料施加拉力，从而至少在热处理装置的范围内在带状材料的带纵轴方向产生拉应力，其中可以调节拉紧装置改变带状材料中的拉力，从而调整拉应力，

测量装置，用来确定所产生的软磁条状材料的至少一个磁测量量，以及

用于调节拉紧装置的调节单元，其中所述调节单元经过适当设计并且与测量装置相连，使得调节拉紧装置包括响应于至少一个所确定的磁测量量调节拉力。

13.根据权利要求12所述的装置，其中所述装置包括用来产生至少一个磁场从而可对经过热处理的材料施加至少一个磁场的装置，并且/或者所述装置包括具有至少一个卷绕心轴用来卷绕所产生的软磁条状材料的某个所定义的分段从而产生至少一个环带芯的卷绕单元，其中所述卷绕单元经过适当设计并且与测量装置相连，从而可响应于至少一个所确定的测量量进行卷绕。

14.根据权利要求12或13中任一项所述的装置，其中用来产生拉力的拉紧装置包括两个相互耦合的S形滚轮传动装置、张力辊调节装置和/或者振动控制装置、扭矩控制的制动传动机构和/或者机械制动滚轮。

15.包括卷绕软磁条状材料的环带芯，其中根据权利要求1到11中任一项所述的方法制成所述的软磁条状材料和/或者芯。