CN1233342A

CN1233342A - 磁芯结构

Info

Publication number: CN1233342A
Application number: CN97198825.0A
Authority: CN
Inventors: 约翰·韦斯特伯格
Original assignee: ABB Power T&D Co Inc
Current assignee: ABB Inc USA
Priority date: 1996-10-15
Filing date: 1997-10-15
Publication date: 1999-10-27
Also published as: EP0932908A4; JP2001502475A; US5959523A; EP0932908A1; WO1998016939A1

Abstract

多组金属叠层型的磁芯结构,具有外部磁柱( 11,12)、至少一个内磁柱(13)、和顶部(14,15)和底部磁轭(16,17)。磁轭和磁柱叠层的端头斜切以提供一闭合磁路,该磁路在磁轭和磁柱叠层的连接端有斜接头。内磁柱叠层的长度尺寸在每组中的层与层之间是一致的,而内磁柱叠层的斜切端的接点以阶梯方式逐层偏离其中心线,这种阶梯方式是在每组内磁柱叠层的中心线两侧以等量的阶梯数展开,而与阶梯位有关。外磁柱叠层和顶部和底部磁轭叠层的构造在每组内的层与层之间是一致的,与阶梯位无关。提出了一种成组堆放叠层的方法,还提出了一种方法,使磁芯结构的中心或内叠层分为两部分,其中叠层的宽度大于商业上可得到的叠层材料。

Description

磁芯结构

背景技术发明领域

本发明涉及用于电感应装置(如变压器)的磁芯结构，更具体地说，涉及层叠型的磁芯结构。现有技术描述

一个现有技术的层叠型磁芯结构的例子在美国专利No.3,153,215中被公开。该专利公开了层叠型的磁芯结构，它在磁芯的磁柱或磁柱分支与磁轭部分之间具有阶梯式搭接头。

在一个阶梯式搭接头中，每层叠层中的磁柱斜接或斜切割端和磁轭叠层之间的接头按预定步或渐进方式递增地偏离相邻层中的相似的接头，在方向改变或模式重复之前，接头在一个方向至少阶梯式三次。具有阶梯式搭接头的磁芯和使用常规对接搭接型接头的磁芯比较起来，发现前者通过降低磁芯损耗，降低激励伏-安要求和磁柱噪声水平，显著地提高了磁芯的性能。另一现有技术的阶梯式搭接头在美国专利Nos.3,153,215；3,477.053；3,504,318和3,540,120中提出。这些专利公开了接头布置，它是通过在斜切端之间，对每个磁柱或磁轭部分设置具有相同的纵向尺寸的层，来获得叠层的斜切端间的希望阶梯式关系。阶梯式关系是通过递增地了任何叠层组的叠层的中点实现的。

在现有技术的具有阶梯式搭接头的磁芯中，内磁柱和顶部和底部磁轭叠层之间的阶梯式搭接头是通过在每个顶部和底部磁轭叠层中形成一V型槽来构造的。磁轭叠层中的V型槽是一层层平行于磁芯的纵向轴递增偏移，使得具有等长度的内磁柱叠层也平行于磁芯的纵向轴或长度递增偏移。这样，顶部和底部磁轭的等长叠层一层层地水平移位，均匀地分步了磁柱和磁轭叠层之间的阶梯式搭接头，导致对称的磁芯结构，它能提供超级电特性。然而，在构造水平阶梯式搭接磁芯时的困难在于，在磁芯装配中，由于多个隔开的内磁柱叠层的端头不为操作者所见，因而需要较长的装配时间。

用于沿垂直方向阶梯式部磁柱叠层的安排示于美国专利Nos.3,153,215；和3,743,991。在这种类型的磁芯结构中，通过渐进地为一磁轭叠层开较深的槽而为另一磁轭叠层开比衔接层的槽浅的槽，使等长的内磁柱叠层平行于内磁柱的直侧垂直分布。另外，内磁柱叠层的长度可一层层递增变化以产生垂直搭接头。在任何一个垂直阶梯式搭拉头磁芯结构中，等长的磁轭叠层沿水平方向递增地移动，形成与磁柱叠层的阶梯式搭接头。美国专利Nos.3,670,279和3,918,153都提出了构造一层层递增地改变长度的磁柱和磁轭叠层的阶梯式搭接头的排列方法。

另一层叠型的磁芯结构揭示于美国专利号No.4,201,966。在该专利中，内磁柱和顶部和底部磁轭是由多组金属叠层形成的。磁柱和磁轭叠层的长度尺寸在每组的层内沿相反方向一层层层变化，同时保持每个磁柱和磁轭部分中的叠层的中点对齐。这种安排一层层偏移磁柱和磁轭叠层的端头，并在磁柱和磁轭叠层的连接端之间提供阶梯式搭接头。选择磁柱和磁轭叠层的相对位置以将每组叠层的层内的磁柱和磁轭叠层之间的磁芯的内角处的空隙均匀地分开。

虽然前述磁芯结构设计是成功的，仍留下一些需要改进。希望提供一种阶梯式搭接侧磁柱设计，它适用于三磁柱单相磁芯，四磁柱单相磁芯和五磁柱单相或三相磁芯。还希望提供易于切削和制作的磁芯，且装配的部件和方法比现有技术简单。希望有一排列，使内或中央磁芯引导阶梯式搭接，以使阶梯式搭接沿水平方向移动，在每组叠层内中心磁柱叠层外所有磁芯的叠层是同等的。这样，外磁柱和磁轭叠层是不取决于阶梯式的。还希望提供一层叠型磁芯，由于磁芯可按严格的公差制造，低磁柱损耗的可能性就高。发明概要

根据本发明，提供了一种磁芯，包括：多个层叠组的金属叠层，所述每组包括多层；每个所述层包括：第一和第二外磁柱叠层和至少一个内磁柱叠层，每个具有第一和第二端；和顶部的底部磁轭叠层，通过所述磁轭叠层和多个外和相关内角连接着所述外和内磁柱叠层而构成一个磁芯；所述磁轭和所述磁柱叠层的端部斜切成可提供一闭合的磁路，在所述磁轭和磁柱叠层的联接端之间具有斜接界；内磁柱叠层的长度尺寸在每组中层与层间是一致的，而内磁柱叠层的斜切端的接点以阶梯方式逐层偏离其中心线，这种阶梯式方式是在每组内磁柱叠层的中心线两侧的等量阶梯数展开，即与阶梯位有关；和外磁柱叠层和顶部和底部磁轭叠层的构造在每组内的层与层间是一致的，与阶梯位无关。

根据本发明还提供了一种装配上述类型的磁芯的方法，所述方法对于一组内的每层金属叠层包括步骤：放置一第一内磁柱叠层；在第一内磁柱的中心线一侧对接放置一顶部磁轭叠层；放置一中心磁柱叠层与顶部磁轭叠层对接；放置一底部磁轭叠层与内、外磁柱叠层对接；在第一内部磁柱中心线另一侧对接放置一底部磁轭叠层，放置一外磁柱叠层与所述最后提到的底部磁轭叠层对接；放置一顶部磁轭叠层，与所述最后提到的外磁柱叠层和所述中心磁柱叠层对接，从而完成上述磁芯中的一层叠层的装配，在每层中重复周转放置叠层，直到一组叠放的错开层完成，并重复周转放置每个另加组的叠层以完成磁芯的堆叠。附图的简述：

参考附图可更为详细地理解本发明，其中：

图1是磁芯的正视图，示出了本发明的一个实施例。

图2是根据示于图1的实施例构造的磁芯结构的部件分解图。

图3示出了中央磁柱叠层的一个例子，尺寸是取决于步长的。

图4是说明性图，显示了与图1中的球体有关的中央磁柱叠层中的步长进情况。

图5是说明性图，显示了关于图1中的球体的角搭接。

图6是沿图1中线6-6的剖示图。

图7是根据本发明构造的磁芯结构的另一实施例的正视图。

图8是根据本发明构造的另一磁芯结构的正视；

图8A是根据示于图8的实施例构造的磁芯结构的分解图。

图9是说明性图，示出了用于根据本发明制作的磁芯的分开的中央磁柱。优选实施例的描述

参考附图1和2，示出了根据本发明构造的磁芯结构。该磁芯10包括第一和第二外磁柱部分11和12和内或中央磁柱部分13和顶部和底部磁轭部分14、15和16、17，磁芯10属于叠层型，每个磁柱和轭部分是由适合的磁性材料形成的金属叠层构成的，如晶粒取向性硅钢，所述叠层根据特定的用途具有预定的宽度和厚度。每个外磁柱和磁轭叠层具有相同的宽度尺寸，每个外和内磁柱叠层具有相同的长度尺寸，所有的磁轭叠层具有相同的长度尺寸。每个磁柱和磁轭叠层是通过剪切加工形成的，它是在预定的位置斜着切割金属带材，以提供具有梯形结构的磁柱和磁轭叠层，斜切端形成梯形的非平行侧，金属带材的边缘形成了梯形的平行侧。这样磁芯10包括多层叠层，每层的磁柱和磁轭叠层的端头对接在一起以提供一个对磁通形成最小的阻力的接头。

应该理解的是磁芯10中每层叠层示意描述为包含磁性材料的一个叠层。然而，应该明白的是“层”一词还意味着包括多个相同尺寸的叠置的叠层。这样，例如，示于图2的每层可包括具有相同长度和宽度的两个叠层，它们两端和边缘对齐叠放。

磁芯10是由多个金属叠层的叠合怪的组形成，每组，例如，包括六层叠层。图2中示出了磁芯10的磁柱部分11,12和13和磁轭部分14,15,16和17的一组叠层。

根据本发明，磁芯中央磁柱或内磁柱13引导阶梯式搭接。中央或内磁柱叠层13是根据图3制作的，其中B为宽度尺寸，D为长度尺寸，尺寸C和A是与阶梯位有关的，以产生示于图4的完全阶梯式搭接(6个阶梯)。剩余的磁芯叠层如外磁柱叠层11,12和磁轭磁层14-17的构造在每组内的层与层之间是一致的，与阶梯位无关。在叠放磁芯叠层中通过使用周转方式，可产生示于图2和4的完全阶梯式搭接。用于在每层中叠放叠层的周转方式或方法开始于中央磁柱组件13，紧跟着是磁轭组件14、外磁柱组件11、底部磁轭组件16和17、外磁柱组件12，最后是顶部磁轭组件15。直到该组的所有六层如图2和4所示放置好之后，才如刚才所描述的周转来放置叠层的第二层。在图2中可看到内磁柱叠层13的长度尺寸在每组中的层与层间是一致的，内磁柱叠层斜切端的接点以阶梯方式逐层偏离其中心线，这种阶梯方式是在内磁柱叠层的每组层的中心线两侧上按等量的阶梯数展开，而与阶梯位有关。从图2也可以看出，外磁柱叠层11和12和顶部磁轭叠层14、15和底部磁轭叠层16和17的构造在每组中从一层到另一层是一致的，而与阶梯位无关。正如在图1和图2中可以看到的那样，磁轭和磁柱叠层的端头是以45°斜切而形成矩形磁芯的。内磁柱叠层13的两端被斜切为V型，斜切端形成90°夹角。由于阶梯式接头结构，在矩心磁芯10的中央的外磁柱和磁轭叠层按图5中放大示出的方式交叠。

图2示出了包括六层叠层的一组叠层，应该明白的是，如磁芯10包括几组叠层。图6中示出了示于图1的磁芯10的角部剖视图，其中示出了两组阶梯式搭接设计的叠层，每组包括六个叠层。图6中要注意到每组中重复六个阶梯。

参考图7和7A，示出了根据本发明的磁芯结构110的另一实施例。除了包括两个内或中央磁柱部分之外，磁芯结构110与磁芯结构10相同。磁芯结构110包括第一和第二外磁柱部分111和112和两个内或中央磁柱部分113和113A。它还包括三个顶部磁轭部分114、115和118和三个底部磁轭部分116、117和119。

磁芯110是由多组金属叠层形成，例如，每组包括六层叠层。图7示出了磁芯110的磁柱部分111、112、113和113A和磁轭部分114、115、116、117、118和119的一组叠层。

根据本发明，磁芯中央或内磁柱113和113A引导阶梯式搭接。中央或内磁柱叠层113和113A是根据图3关于磁芯10前面描述的那样制作的，其中尺寸C和A取决于阶梯位。其余磁芯叠层如外磁柱叠层111和112和磁轭叠层114、115、116、117、118和119与阶梯位无关。通过使用周转方式堆放磁芯叠层，产生了如图4所示的完全阶梯式搭接。每层中用于堆放叠层的周转方式或方法起始于中央磁柱组件113，紧跟着是磁轭组件114、外磁柱组件111、底部磁轭组件116和117、内磁柱113A、底部磁轭组件119、外磁柱组件112，最后是顶部磁轭组件118和115。直到该组的所有六层如图7A和4放置好之后，才根据刚才所术的周转方式来放置第二层叠层。从图7A可看出，内磁柱叠层113和113A的长度尺寸在每组的层与层间是一致的，而内磁柱叠层斜切端的接点以阶梯方式逐层偏离其中心线，这种阶梯方式是在每组磁柱叠层的中心线两侧按等量的阶梯数展开，与阶梯位有关。从图7A也可看出外磁柱111和112和顶部磁轭叠层114、115和118和底部磁轭叠层116、117和119的构造在每组中的层与层之间是一致的，而与阶梯位无关。外磁柱和磁轭叠层在矩形磁芯110的角部在图5中放大示出的同样的方式交叠。当磁芯110包括两组或更多组的叠层时，通过磁芯110角部的剖视图类似于示于图6的角部视图。

参考图8和8A，示出了根据本发明的磁芯结构210的另一实施例。磁芯结构210除包含有三个内或中央磁柱部分之外，与前面描述的磁芯结构10和110相同。磁芯结构210包括第一和第二外磁柱部分211和212和三个内或中央磁柱部分213、213A和213B。它还包括四上顶部磁轭部分214、215、218和221和四个底部磁轭部分216、217、219和220。

磁芯210是由多组金属叠层形成的，例如，每组包括六层叠层。图8A示出了磁芯210的磁柱部分211、212、213、213A和213B和磁轭部分214、215、216、217、218、219、220和221的一组叠层。

根据本发明，磁芯中央或内磁柱213、213A和213B是根据图3关于磁芯10前面描述的那样制作的，其中尺寸C和A与阶梯位有关。其余磁芯叠层如外磁柱叠层211和212和磁轭叠层214、215、216、217、218、219、220和221与阶梯位无关。通过使用周转方式堆放磁芯叠层，产生了如图4所示的完全阶梯式搭接。每层中用于堆放叠层的周转方式或方法起始于中央磁柱组件213，紧跟着是磁轭组件215、内磁柱组件231A、磁轭组件214、外磁柱组件211、磁轭组件216、磁轭组件217、磁轭组件219、内磁柱组件213B、磁轭组件220、外磁柱组件212、磁轭组件221和磁轭组件218。直到该组的所有六层如图8A和4所示地样放置好之后，才根据刚才所述周转来放置第二层叠层。从图8A可看出，内磁柱叠层213、213A和213B的长度尺寸在每组中层与层间是一致的，而内磁柱叠层的斜切端接点以阶梯式方式逐层偏离其中心线，这种阶梯式方式是在内磁柱叠层的每组层的中心线两侧以等量的阶梯数展开，而其与阶梯位有关。从图gA也可看出外磁柱叠层211和212和顶部磁轭叠层214、215、218和221和底部磁轭叠层216、217、219和220的构造在每组中的层与层之间是一致的，即与阶梯位无关。外磁柱和磁轭叠层在矩形磁芯210的角部以图5中放大示出的同样方式交叠。当磁芯210包括两组或更多组的叠层时，通过磁芯210的角部的剖视图类似于示于图6的剖视图。

在示出磁芯10、110和210的实施例中，中央或内磁柱叠层13、113、113A、213、213A、213B被示出，它们是由均匀的或单一宽度的磁性材料制成。通常能够获得1000mm以下的磁性材料的薄板宽度。在需要较宽的薄板或叠层时，最好将叠层分成两片a和b。分结构的中央磁柱13’示于图9，为清楚起见，它包括结构线。如图9所示，对于第一到第三个阶梯，中央磁柱片1a、1b、2a、2b、3a、3b间的纵向接头位于中央线的中央磁柱的左侧，对于第四到第六阶梯式，中央磁柱片4a、4b、5a、5b、6a、6b间的纵向接头位于中央磁柱的中央线的右侧。通过把中央磁柱片以上面描述的方式衔接在一起，会提高磁柱刚度，并具有噪音有抑制作用。图9的分开式中央磁柱或磁芯结构13’适用于所有三个磁芯10、110和210，其中中央磁柱叠层的宽度超过通常可得到的商业薄片宽度，即1,000mm。这样可看出在磁芯10、110和210中需要较宽的磁性材料的薄片，内磁柱13、113、113A、213、213A、213B可根据示于图9的分开的结构13’来制造。

示于由六层组成的图中的阶梯式搭接尽管在中央的每侧可根据需要使用需要的阶梯数。已发现当至少使用六个阶梯的叠层时，在效率和噪音方面，可获得较好的结果。阶梯增量可取决于磁芯的大小。较小的磁芯使用1/8″的阶梯增量，而较大的磁芯可使用1/4″那么大的阶梯增量，而中等尺寸的磁芯可使用3/16″的阶梯增量。

总的来说，这里提出了一种新的、改进了的层叠型的磁芯结构，这种磁芯结构在衔接磁柱和磁轭部分之间具有阶梯式搭接，其中中央磁芯磁柱引导阶梯式搭接，且中央磁芯磁柱的尺寸是与阶梯位有关的。中央或内磁柱叠层的长度尺寸在每组内层与层间是一致的，而内磁柱叠层的斜切端的接点以阶梯式方式逐层偏离其中心线，这种阶梯式方式是从内磁柱叠层的中心线两侧以等量的阶梯展开的，即与阶梯位有关。外磁柱叠层和顶部和底部磁轭叠层的构造在每组的层与层间是一致的，即与阶梯位无关。

Claims

1．一种磁芯，包括：

多个层叠组的金属叠层，所述每组包括多层；

每个所述层包括：第一和第二外磁柱叠层和至少一个内磁柱叠层，每个具有第一和第二端；和顶部的底部磁轭叠层，通过所述磁轭叠层和多个外和相关内角连接着所述外和内磁柱叠层而构成一个磁芯；

所述磁轭和所述磁柱叠层的端部斜切成可提供一闭合的磁路，在所述磁轭和磁柱叠层的联接端之间具有斜接界；

内磁柱叠层的长度尺寸在每组中层与层间是一致的，而内磁柱叠层的斜切端的接点以阶梯方式逐层偏离其中心线，这种阶梯式方式是在每组内磁柱叠层的中心线两侧的等量阶梯数展开，即与阶梯位有关；和

外磁柱叠层和顶部和底部磁轭叠层的构造在每组内的层与层间是一致的，与阶梯位无关。

2．如权利要求1所述的磁芯，其特征在于，每层金属叠层包括至少两个内磁柱叠层和至少三个顶部和三个底部磁轭叠层。

3．如权利要求1所述的磁芯，其特征在于，每层金属叠层包括至少三个内磁柱叠层和至少四个顶部和四个底部叠层。

4．如权利要求1所述的磁芯，其特征在于，所述磁轭和所述磁柱叠层端头以45°角斜切，而形成一个矩形磁芯。

5．如权利要求4所述的磁芯，其特征在于，所述内磁柱叠层的端头被斜切为V型，所述斜切端形成90°夹角。

6．如权利要求1所述的磁芯，其特征在于，每组层包括至少六层叠层。

7．如权利要求6所述的磁芯，其特征在于，所述阶梯方式在每组内磁柱叠层的中央线的每侧以至少三个阶梯展开。

8．一种装配磁芯的方法，该磁芯包括：

多个层叠组的金属叠层，所述每组包括多层；

外磁柱叠层和顶部和底部磁轭叠层的构造在每组内的层与层间是一致的，与阶梯位无关；

所述方法对于一组内的每层金属叠层包括步骤：放置一第一内磁柱叠层；在第一内磁柱的中心线一侧对接放置一顶部磁轭叠层；放置一中心磁柱叠层与顶部磁轭叠层对接；放置一底部磁轭叠层与内、外磁柱叠层对接；在第一内部磁柱中心线另一侧对接放置一底部磁轭叠层，放置一外磁柱叠层与所述最后提到的底部磁轭叠层对接；放置一顶部磁轭叠层，与所述最后提到的外磁柱叠层和所述中心磁柱叠层对接，从而完成上述磁芯中的一层叠层的装配，在每层中重复周转放置叠层，直到一组叠放的错开层完成，并重复周转放置每个另加组的叠层以完成磁芯的堆叠。

9．如权利要求8所述的装配磁芯的方法，其特征在于，所述内磁柱叠层是由纵向分开的两部分构造的，而平行于叠层中心线形成一接头，交替叠层在内磁柱叠层的中心线的不同侧具有纵向接头。

10．如权利要求9所述的装配磁芯的方法，其特征在于，在每组内磁柱叠层中，一半的内磁柱叠层在该组的中心线的一侧具有纵向接头，另一半内磁柱叠层在该组叠层的中心线的相对侧具有纵向接头。

11．如权利要求1所述的磁芯，其特征在于，所述内磁柱叠层是由纵向分开的两部分构造的，而平行于叠层的中心线形成一接头，交替叠层在内磁柱叠层的中心线的不同侧具有纵向接头。

12．如权利要求11所述的磁芯，其特征在于，在每组内磁柱叠层中，一半的内磁柱叠层在该组的中心线的一侧具有纵向接头，另一半的内磁柱叠层在该组叠层的中心线的相对侧具有纵向接头。