專利名稱：非晶態(tài)金屬連續(xù)磁通路徑變壓器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種變壓器。特別地，涉及一種由非晶態(tài)金屬制成的變壓器。
背景技術(shù)：
變壓器運(yùn)行所依據(jù)的原理是當(dāng)安排兩根導(dǎo)線彼此鄰近、并且在其中一根導(dǎo)線上通入交流電流時(shí)，由于已知的電磁感應(yīng)效應(yīng)另一根導(dǎo)線上感生出交流電流。通過(guò)將導(dǎo)線卷繞成線圈并將線圈沿一共同軸放置，線圈中的電磁耦合量和因此的感生電流量將相較于直線平行的導(dǎo)線而言有所增加。還可通過(guò)將兩個(gè)線圈在彼此之上卷繞以進(jìn)一步增加耦合。也可以通過(guò)在線圈內(nèi)置入被稱作鐵芯的鐵磁質(zhì)以增加耦合。在過(guò)去時(shí)間里鐵芯已被改進(jìn)以減小損耗。在低頻應(yīng)用中，例如在國(guó)家電網(wǎng)(通常 50-60Hz)中使用的變壓器，為減小在鐵芯中的可導(dǎo)致熱損的渦流，鐵芯通常被制成層狀。在美國(guó)所生產(chǎn)的用作商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用的電是三相電。用于家庭應(yīng)用的電通常也被生產(chǎn)具有三相，但在大多數(shù)的應(yīng)用中只有一個(gè)相在使用，其它相被用在其它家庭中使用。如上文所提及的，在變壓器設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的問(wèn)題是能量損耗，并且在分布式能源行業(yè)中能量損耗的機(jī)率是巨大的。從發(fā)電站開始，使用升壓變壓器在高壓下沿輸電線輸送電力，該升壓變壓器在這里也被稱為發(fā)電變壓器。然后使用各級(jí)降壓變壓器，包括變電站變壓器和配電變壓器以降低電壓至可使用的水平，例如110-240伏特，用于住宅和工業(yè)用戶。估計(jì)所有發(fā)電中的10%由于配電的低效性損耗掉了。在變壓器中形成的損耗有兩種類型隨變壓器負(fù)載變化的負(fù)載損耗或線圈損耗，以及開路損耗或鐵損，該開路損耗發(fā)生在磁芯中并且無(wú)論有無(wú)負(fù)載其在變壓器中始終存在。在配電中開路損耗代表了能量損耗中很重要的一部分。因此很多工作都致力于改進(jìn)變壓器鐵芯就不再讓人驚訝了。為易于理解在變壓器制造中所涉及的各種問(wèn)題，需區(qū)分兩種類型的變壓器單相變壓器和三相變壓器。就單相變壓器而言，單獨(dú)的初級(jí)繞組與單獨(dú)的次級(jí)繞組一起共享其電磁通量。為提高磁通流量，一般使用鐵磁芯為兩個(gè)線圈提供一共同的磁通路徑。在圖1中示出一個(gè)單相鐵芯的形狀，即環(huán)狀變壓器鐵芯100。然而應(yīng)當(dāng)清楚的是，一旦鐵芯形成，為將作為初級(jí)線圈102的銅繞組置于鐵芯100上，將一足夠小的能穿過(guò)該鐵芯的窗口 106的纏線管重復(fù)穿過(guò)所述窗口，以使線圈卷繞在該鐵芯上。至于次級(jí)繞組106，纏線管必須足夠小以適應(yīng)因初級(jí)繞組導(dǎo)致的減小的窗口大小。一可供選擇的方法是單獨(dú)形成繞組，為了使該線圈滑入到鐵芯之上需切割鐵芯。但鐵芯的切割在鐵芯材料的連續(xù)性中造成無(wú)數(shù)的中斷，這在磁通路徑中導(dǎo)致干擾以及鐵損。通常通過(guò)隨后退火鐵芯材料以極小化這些損耗來(lái)解決該問(wèn)題，這將在下文中進(jìn)行詳細(xì)討論。
在三相電力中，初級(jí)繞組和次級(jí)繞組或以三角形接法(圖幻連接，或以Y形接法 (圖3)連接。多年以來(lái)已經(jīng)發(fā)展出多種鐵芯形狀，包括圖4所示的E型鐵芯，該鐵芯包括E字形的三支柱部分400以及一直桿部分402，該直桿部分閉合E形部分的開口側(cè)。所述E形部分包括中支柱404，頂支柱406，以及從軛架(yoke) 410延伸出的底支柱408。E形鐵芯被普遍用在50-60HZ，并且既可呈殼式結(jié)構(gòu)(將初級(jí)和次級(jí)繞組圍繞中桿或支柱404在彼此之上卷繞)，也可呈芯式結(jié)構(gòu)(將初級(jí)和次級(jí)繞組分別圍繞頂支柱406和底支柱408卷繞)。為了減小渦流損耗，該鐵芯通常由在彼此之上堆疊的金屬薄層構(gòu)成。例如在E形鐵芯中，從金屬帶中裁切出具有定長(zhǎng)和適當(dāng)形狀的軛架410、支柱404、406、408以及直桿402，該金屬帶通常以卷筒形式運(yùn)送。然后將各種裁切部分在彼此之上堆疊成層以形成預(yù)期形狀。已經(jīng)發(fā)展出各種在拐角處的疊合層形狀，例如搭接接頭和階梯接縫形狀，以極小化由于在拐角處磁通方向的變化弓丨起的損耗。已經(jīng)發(fā)展出一類型的變壓器以避免一些與鐵芯的拐角處的鐵損相關(guān)的問(wèn)題，其包括將被稱為繞組變壓器鐵芯的鐵芯。替代在彼此之上堆疊金屬層來(lái)確定鐵芯的支柱和軛架部分，通過(guò)卷繞數(shù)個(gè)多層金屬環(huán)并將金屬環(huán)組合成不同結(jié)構(gòu)以形成鐵芯。Cogent Power和Metglas已經(jīng)生產(chǎn)出大型的單相卷繞鐵芯，以及一些三相卷繞鐵芯。由安大略省伯靈頓市的Cogent Power有限公司制造的三相鐵芯與Metglas的三相鐵芯的設(shè)計(jì)相同，包含一 5-支柱的設(shè)計(jì)，如圖5所示，其包括4個(gè)并排設(shè)置的圓角方形、環(huán)狀或環(huán)形鐵芯元件。另一個(gè)Cogent Power三相鐵芯的設(shè)置利用三個(gè)圓角矩形形狀的鐵芯，如圖6所示，一個(gè)大的環(huán)形鐵芯形成該結(jié)構(gòu)的外周邊以及兩個(gè)較小的環(huán)形鐵芯設(shè)置在較大鐵芯的內(nèi)部。這些鐵芯具有的優(yōu)勢(shì)在于可避免用在拐角處的疊合鐵芯層，并因此在鐵芯上放置(接合)線圈之前提供一連續(xù)磁通路徑。然而，為將銅繞組或線圈放置在芯柱上，這些結(jié)構(gòu)通常都需要切割鐵芯材料并在線圈安裝后重新接合切割條。該切割和重新接合的過(guò)程在芯層中產(chǎn)生裂紋，該裂紋明顯地增加鐵芯損耗。在專利號(hào)為6，668，444的美國(guó)專利中還討論了另一種結(jié)構(gòu)，該專利于2001年4月 25日提出申請(qǐng)并在2003年12月30日獲得授權(quán)，專利權(quán)人Ngo。該結(jié)構(gòu)如在圖7中所示， 其需要切割鐵芯材料的帶，然后將切割后的帶重組成組合700，這些組合700按照錯(cuò)開排列形狀設(shè)置以確定一臺(tái)階重疊形狀的帶束702，隨后將多個(gè)臺(tái)階重疊形狀的帶束在彼此之上放置并與相鄰的臺(tái)階重疊形狀的帶束組接合。應(yīng)當(dāng)清楚的是，雖然這些鐵芯結(jié)構(gòu)利用具有卷繞形狀的層可消除在鐵芯層中的帶有中斷的尖銳轉(zhuǎn)角，但是在非晶態(tài)金屬帶中該結(jié)構(gòu)通常包含數(shù)百個(gè)甚至數(shù)千個(gè)裂紋，該裂紋在磁通路徑中導(dǎo)致大量的阻斷，并因此在鐵芯中導(dǎo)致?lián)p耗。這就促使了卷繞鐵芯結(jié)構(gòu)的發(fā)展，該鐵芯結(jié)構(gòu)卷繞而成而避免了為將變壓器線圈放置在支柱上而切割鐵芯支柱的需要。為了本申請(qǐng)起見，這種不切割的卷繞鐵芯被定義為連續(xù)磁通路徑變壓器鐵芯，因其消除了鐵芯層中方向的驟變以及磁路中斷。特別地，為獲得該連續(xù)磁通路徑結(jié)構(gòu)，變壓器線圈需被卷繞在鐵芯支柱上而不是被單獨(dú)卷繞然后再將其放置在支柱上。這可通過(guò)兩種方法實(shí)現(xiàn)。一種方法是利用纏線管穿過(guò)變壓器鐵芯的窗口。然而如上文所提及的，纏線管的使用非常受設(shè)計(jì)約束的限制，因在芯柱之間需要足夠的窗口面積以允許纏線管穿過(guò)窗口，即使當(dāng)其它芯柱上已經(jīng)卷繞有線圈時(shí)，這種情況具有減小窗口大小的作用。作為本發(fā)明基礎(chǔ)的另一個(gè)方法需要使用繞線管，該繞線管以可旋轉(zhuǎn)方式圍繞支柱附接在其上，并因此可通過(guò)旋轉(zhuǎn)該管使線圈卷繞在支柱上。然而，這需要支柱截面大體呈圓形以極小化鐵芯支柱和線圈繞組之間的間隙。為了本申請(qǐng)起見，術(shù)語(yǔ)“大體呈圓形的截面，， 將指的是具有多于4個(gè)邊(比簡(jiǎn)單的正方形或矩形多)的多邊橫截面，其用以增大線圈繞組所確定的圓周內(nèi)的鐵芯材料的填充因數(shù)，該繞組繞芯柱卷繞，并相較于正方形或矩形的截面芯柱所提供的填充因數(shù)而言，其可提供一更大的填充因數(shù)。為獲得這種非矩形橫截面， 鐵芯由一組復(fù)雜的斜邊環(huán)構(gòu)成，與具有簡(jiǎn)單的環(huán)形鐵芯元件組的情況相比，該構(gòu)成需要一明顯更加復(fù)雜的工藝過(guò)程并需要更多的操作。一個(gè)這樣的鐵芯結(jié)構(gòu)是hexaformer鐵芯，該鐵芯如在圖8中示出，從2000年3月 16日起已經(jīng)可公開獲得。這種鐵芯結(jié)構(gòu)在美國(guó)專利申請(qǐng)09/623，觀5(美國(guó)專利6，683，524， 專利權(quán)人Hoglund，于1999年9月2日提出PCT申請(qǐng))中得以詳細(xì)的討論。所述hexaformer 鐵芯設(shè)置了具有六邊形截面的支柱，其足夠圓因此可以使用繞線管將線圈卷繞在支柱上同時(shí)具有高的填充因數(shù)(在繞線管上卷繞的線圈確定的周邊之內(nèi)的鐵芯材料)。另一種允許卷繞在支柱上的連續(xù)磁通路徑鐵芯的結(jié)構(gòu)是在美國(guó)專利2，544, 871中所描述的Wiegand 結(jié)構(gòu)，該專利的專利權(quán)人是Wiegand，于1947年4月M日提出申請(qǐng)并在1951年3月13日獲得授權(quán)，該結(jié)構(gòu)使用平行直邊的卷繞材料帶。允許在支柱上卷繞的其它兩種連續(xù)磁通路徑鐵芯是中國(guó)的Haihong制造的Haihong鐵芯，以及在美國(guó)專利4，557，039中所描述的 Manderson鐵芯，該專利的專利權(quán)人是Manderson，于1982年7月20日提出申請(qǐng)并在1985 年12月10日獲得授權(quán)，與hexafoemer鐵芯和Wiegand鐵芯不同的是這兩者使用的是斜邊卷繞材料。在另一種方法中，為減小鐵芯損耗，發(fā)現(xiàn)使用非晶態(tài)合金作為鐵芯材料十分有趣。 然而，由于非晶態(tài)金屬的本質(zhì)，該本質(zhì)將在下文中詳細(xì)討論，由非晶態(tài)金屬制成的鐵芯只具有一簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，在其中，鐵芯的支柱具有簡(jiǎn)單的正方形或矩形橫截面。在Attarian的美國(guó)專利6，844，799中描述了一個(gè)這樣的非晶態(tài)金屬變壓器，在其中描述了非晶態(tài)金屬疊片的使用。在Attarian的專利中所描述的一種類型的非晶態(tài)金屬是鈷-基(Co-基)非晶態(tài)金屬合金，或者也可能是包含釩的鈷-鐵(CoFe)合金(例如，具有49% Co,49% Fe和2% 釩(V)的Coi^e-V)。如在Attarian的專利中所描述，非晶態(tài)金屬合金通過(guò)熔融金屬的快速凝固制成并且呈現(xiàn)出極好的磁性，如在由AM0TECH(Advanced Material On Technology)發(fā)行的未注明日期的名稱為“AMOS. RTM. Amorphous Cores”出版物中的標(biāo)題為“非晶態(tài)金屬合金”(Amorphous Metallic Alloys)的文章中所描述的一樣。然而如上文所提及的，非晶態(tài)金屬具有特殊的物理性質(zhì)，該性質(zhì)使它比硅鋼更難于使用。非晶態(tài)金屬由于其本質(zhì)是一種非常薄且光滑的材料，其缺乏剛度因此質(zhì)地及其松軟且很難處理。用于制造鐵芯的非晶態(tài)金屬層通常明顯地比在硅鋼變壓器中使用的硅鋼層薄。非晶態(tài)金屬層具有的厚度大約只有0.001英寸(0.0254mm)，因?yàn)榉蔷B(tài)金屬的制造需要非晶態(tài)合金快速冷卻以在加工中消除晶粒結(jié)構(gòu)，因此需要合金被制造得非常薄。據(jù)此，比任何硅鋼層大約薄8到12倍的非晶態(tài)金屬層通常被用在變壓器中，并且該金屬層非常光滑。即使被制成具有數(shù)百個(gè)非晶態(tài)金屬層，其質(zhì)地依然松軟并且不具有在制成的擁有相同厚度的硅鋼中發(fā)現(xiàn)的自承重剛度。因此在過(guò)去，非晶態(tài)金屬變壓器鐵芯主要限于具有C形鐵芯或環(huán)狀鐵芯的單相變壓器的使用，該C形鐵芯或環(huán)狀鐵芯典型地呈具有圓抹角的方形甜甜圈結(jié)構(gòu)，例如在Metglas網(wǎng)站www, metglas. com上所描述的或者例如未加工的三相鐵芯，其包含多個(gè)并排排列的環(huán)狀鐵芯以形成5-支柱或3-支柱設(shè)計(jì)。這些鐵芯具有正方形或矩形截面的支柱，因此不適合利用線圈管在支柱上卷繞變壓器線圈，因?yàn)樵诰€圈和鐵芯間的填充系數(shù)將非常低。上文所描述的Ngo鐵芯已經(jīng)使用非晶態(tài)金屬來(lái)制造，但其支柱截面還是簡(jiǎn)單的正方形或矩形，因此不適合利用線圈管在支柱上卷繞變壓器線圈。為避免損耗和減少對(duì)于通常與切割鐵芯相關(guān)的退火的需求，本發(fā)明提供一種至少部分由非晶態(tài)金屬制成的連續(xù)磁通路徑三相鐵芯。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，這里提供一種包含連續(xù)磁通路徑鐵芯結(jié)構(gòu)的三相變壓器鐵芯，其中該鐵芯至少部分地包含非晶態(tài)金屬。為了本申請(qǐng)起見，術(shù)語(yǔ)“連續(xù)磁通路徑鐵芯”包括為將變壓器線圈置于鐵芯上而不用切割的卷繞鐵芯。所述鐵芯可以部分由非晶態(tài)金屬以及部分由硅鋼制成，該硅鋼可以是晶粒取向硅鋼也可以是非晶粒取向硅鋼。比如，可使用少數(shù)層，例如使用兩個(gè)硅鋼層以形成所述鐵芯的內(nèi)部層，接下來(lái)在其上形成數(shù)百個(gè)或數(shù)千個(gè)非晶態(tài)金屬層，接下來(lái)可選擇地在鐵芯的中間形成幾個(gè)硅鋼層，接下來(lái)形成另外數(shù)千個(gè)非晶態(tài)金屬層，并在最終形成幾個(gè)硅鋼層以形成鐵芯的外部層。為具有更大的剛度至少對(duì)內(nèi)部硅鋼層進(jìn)行處理，例如，通過(guò)在其上涂上清漆并且烘烤，以形成一用于支撐非晶態(tài)金屬的內(nèi)殼體(inner tube)。為了本申請(qǐng)起見，同時(shí)包括非晶態(tài)金屬和硅鋼的鐵芯將被稱為混合鐵芯。作為本發(fā)明的一個(gè)方面，包含有多個(gè)環(huán)的混合連續(xù)磁通路徑變壓器鐵芯可以由一些全部或主要由非晶態(tài)金屬卷繞而成的環(huán)以及一些由硅鋼卷繞而成的環(huán)構(gòu)成。只要硅鋼層(或其它的剛度比非晶態(tài)金屬高的支撐材料層)被散置在非晶態(tài)層中或被卷繞在非晶態(tài)環(huán)的外部或內(nèi)部以賦予非晶態(tài)環(huán)更高的結(jié)構(gòu)完整性，這種支撐層將在這里被指作形成內(nèi)骨架。替代在非晶態(tài)金屬層中使用硅鋼層以支撐非晶態(tài)層，或作為對(duì)這種硅鋼層的補(bǔ)充，至少非晶態(tài)金屬層中的一些可使用聚合物相對(duì)于彼此固定，該聚合物至少包含一種在層間的樹脂，例如，以粉末狀或細(xì)霧狀靜電涂敷所述樹脂。聚合物也可被應(yīng)用在鐵芯的外表面，例如，使用綁扎帶(也被稱為固定綁帶(stator banding)的浸漬樹脂的條帶)或以液體或膏體將聚合物刷在或噴涂在鐵芯上以形成聚合物層或殼層來(lái)覆蓋鐵芯。玻璃纖維材料如玻璃纖維短絲可以被包含在樹脂中涂敷在鐵芯的外表面，或可以在樹脂完全固化之前被隨后涂敷在鐵芯表面的樹脂層上。為了本申請(qǐng)起見，任何環(huán)繞鐵芯外表面形成的外殼層比如樹脂層或涂層也被稱為外骨架。所述連續(xù)磁通路徑鐵芯可包括三個(gè)框架，每一框架包括多個(gè)置于彼此內(nèi)的環(huán)或圈或卷圈(例如，三個(gè)環(huán))，其中，所述框架包括大體直線平行的支柱部分，該支柱部分與相鄰框架的支柱部分結(jié)合以形成共同的鐵芯支柱以及形成鐵芯的頂部和底部的呈三角形狀的軛架組。因此該鐵芯結(jié)構(gòu)可包括三個(gè)支柱以及形成三角形形狀的三個(gè)頂部軛架和形成三角形形狀的三個(gè)底部軛架，其中三個(gè)支柱分別位于三角形的三個(gè)拐角處、并垂直于該三角形的平面延伸。通過(guò)每一框架使用三個(gè)環(huán)或圈并將每一框架與兩邊的相同的框架連接，每一共有的支柱可被設(shè)置成具有如hexaformer鐵芯結(jié)構(gòu)所提出的大體呈六邊形的橫截面(下面將討論)。每一圈中的層相對(duì)于彼此典型地被偏置以形成從側(cè)面看具有平截頭圓錐形狀的環(huán)或圈，并且形成框架的環(huán)或圈呈一定角度置于彼此之內(nèi)(具有旋轉(zhuǎn)軸以形成框架)。多個(gè)環(huán)反而可以圍繞共同的旋轉(zhuǎn)軸在彼此之上卷繞以形成框架，該框架可與另一個(gè)類似的框架組合以形成具有大體呈圓形的橫截面的鐵芯支柱，其中，所述環(huán)中的至少一些包括非晶態(tài)金屬以形成非晶態(tài)金屬環(huán)或部分非晶態(tài)金屬環(huán)。另外，根據(jù)本發(fā)明，這里提供一種提高連續(xù)磁通路徑變壓器鐵芯的效率的方法，包括制作三個(gè)框架，其中每一框架由三個(gè)或多個(gè)至少部分是非晶態(tài)金屬的環(huán)或圈構(gòu)成，設(shè)置所述框架以形成支柱部分以及軛架，并且通過(guò)接合框架的支柱將框架與鄰近框架連接。通過(guò)使用具有大致呈圓形的橫截面的鐵芯支柱，其中該鐵芯支柱允許在其上卷繞線圈因此避免了為將線圈接入到非晶態(tài)或部分非晶態(tài)鐵芯支柱上而切割鐵芯，本發(fā)明提供一種鐵芯和變壓器的制造工藝過(guò)程，該工藝過(guò)程使得退火步驟不再重要，或者視情況可允許不使用退火處理。就熱固化樹脂而言，可提供外部加熱，如將對(duì)流烤箱或紅外線爐用于樹脂固化的加熱。為本申請(qǐng)起見，術(shù)語(yǔ)“樹脂”和“聚合物”可替換使用。此外，根據(jù)本發(fā)明，這里提供一種使用非晶態(tài)金屬鐵芯或混合鐵芯制成的三相變壓器的方法，該方法包括制造具有三條支柱的非晶態(tài)金屬變壓器鐵芯，并使用繞線管將至少一個(gè)變壓器繞組卷繞在鐵芯上，因此避免為接入繞組而不得不切割鐵芯。另外，根據(jù)本發(fā)明，這里提供一種制造具有連續(xù)磁通路徑結(jié)構(gòu)(如，hexaformer結(jié)構(gòu))的非晶態(tài)金屬變壓器鐵芯的方法，其中，所述鐵芯由三個(gè)框架構(gòu)成，每一框架至少包括三個(gè)環(huán)，這些環(huán)中的至少一個(gè)至少部分由多個(gè)非晶態(tài)金屬層構(gòu)成，該方法包括將多個(gè)非晶態(tài)金屬層相對(duì)于彼此固定避免它們相對(duì)于彼此滑動(dòng)。通常非晶態(tài)金屬層從非晶態(tài)金屬卷筒上卷繞至卷繞頭上。將非晶態(tài)金屬層相對(duì)于彼此固定可能包括設(shè)置一內(nèi)骨架，如包含在每一圈或環(huán)內(nèi)的一組或多組硅鋼層以賦予所述環(huán)更高的剛度?？稍趯娱g涂敷樹脂以替代該固定方式或附加在該方式上。當(dāng)卷繞非晶態(tài)金屬以形成一個(gè)圈時(shí)可從噴嘴將樹脂噴涂在非晶態(tài)金屬層上。樹脂可呈粉末狀或小液滴狀，可以被帶上靜電并被靜電涂敷在非晶態(tài)金屬層的一個(gè)面或兩個(gè)面上。作為對(duì)層間樹脂的補(bǔ)充或替代，可向鐵芯提供一外骨架。該外骨架可采取清漆涂層的形式。在向鐵芯刷涂清漆的情況下，對(duì)鐵芯的處理過(guò)程中可以包含烘烤-浸蘸-烘烤的工藝過(guò)程以去除水汽，并通過(guò)促動(dòng)清漆的流動(dòng)以增強(qiáng)清漆在鐵芯中的浸透能力。同樣，通過(guò)在鐵芯的外表面涂裝樹脂來(lái)形成一外骨架，用樹脂層覆蓋鐵芯以作為層間樹脂的補(bǔ)充或替代層間的樹脂?？赏ㄟ^(guò)將鐵芯浸入到裝有樹脂的槽中或?qū)渲瑖娡炕蛩⑼吭阼F芯上以完成該樹脂的涂敷。涂敷在非晶態(tài)金屬層間或在鐵芯的外表面上的樹脂可以是紫外光感樹脂或是熱固化樹脂，或是使用了催化劑的由兩種樹脂組成的雙組分樹脂 (two part resin)，以將其固化成乙階或甲階樹脂。因非晶態(tài)金屬帶通常具有限定的寬度，本發(fā)明提供一種制造比單個(gè)非晶態(tài)金屬寬度寬的變壓器鐵芯的方法。根據(jù)本發(fā)明，這里提供一種制造非晶態(tài)金屬變壓器鐵芯的方法， 該方法包括將兩個(gè)或多個(gè)非晶態(tài)金屬帶彼此緊鄰地卷繞，優(yōu)選地同時(shí)卷繞并優(yōu)選地卷繞在同一卷繞頭上以形成寬的組合圈，并且將非晶態(tài)金屬圈相對(duì)于彼此固定以及通過(guò)在圈中置入一組或多組硅鋼層以將非晶態(tài)金屬層相對(duì)于彼此固定，其中，一組或多組硅鋼層由硅鋼帶制成，該硅鋼帶具有與兩個(gè)或多個(gè)非晶態(tài)金屬帶的組合寬度對(duì)應(yīng)的寬度。


圖1示出一種現(xiàn)有技術(shù)的環(huán)狀鐵芯變壓器；圖2是三角形連接的一種代表接法；圖3是Y形連接的一種代表接法；圖4是現(xiàn)有技術(shù)的E形鐵芯的三維視圖；圖5示出一種現(xiàn)有技術(shù)的非晶態(tài)三相鐵芯；圖6示出另一種現(xiàn)有技術(shù)的三相非晶態(tài)鐵芯；圖7示出又一種現(xiàn)有技術(shù)的未組裝狀態(tài)的三相非晶態(tài)鐵芯；圖8示出一種現(xiàn)有技術(shù)的hexaformer結(jié)構(gòu)鐵芯的三維視圖；圖9是hexaformer結(jié)構(gòu)鐵芯的卷圈或環(huán)的側(cè)視圖；圖10是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的三維視圖，該實(shí)施例是一種三相非晶態(tài)金屬變壓器鐵芯；圖11示出一個(gè)制成繞組線圈的實(shí)施例，該繞組線圈是用于根據(jù)本發(fā)明的非晶態(tài)連續(xù)磁通路徑鐵芯；圖12示出另一個(gè)制成根據(jù)本發(fā)明的非晶態(tài)連續(xù)磁通路徑鐵芯的實(shí)施例；圖13示出用于根據(jù)本發(fā)明的鐵芯的清漆涂敷臺(tái)的三維視圖；圖14示出一個(gè)形成具有hexaformer結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)金屬鐵芯的工藝過(guò)程的實(shí)施例的描繪；圖15示出一個(gè)本發(fā)明的框架拉伸臺(tái)的實(shí)施例；圖16是本發(fā)明的非晶態(tài)金屬環(huán)加工方法的三維描繪圖；以及圖17是穿過(guò)另一種型號(hào)的三相連續(xù)磁通路徑鐵芯的兩個(gè)鄰近支柱部分的截面視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明包括所有連續(xù)磁通路徑非晶態(tài)金屬三相變壓器的產(chǎn)品。為了本申請(qǐng)起見， 如上文所定義，連續(xù)磁通路徑鐵芯包含一種鐵芯，該鐵芯在其芯層中不包含裂紋，或?yàn)閷⒕€圈放置(接入)在鐵芯的支柱上時(shí)不需要切斷芯層。因此這就需要將變壓器線圈卷繞到鐵芯支柱上。如上文所討論，或者通過(guò)使用穿過(guò)變壓器鐵芯窗口的纏線管、或者通過(guò)使用繞線管以達(dá)成該目的。纏線管的使用非常受設(shè)計(jì)約束的限制，因?yàn)檫@需要足夠的窗口面積以允許纏線管穿過(guò)窗口，即使當(dāng)其它支柱已經(jīng)用線圈卷繞過(guò)并因此有窗口尺寸減小的作用。本發(fā)明即將采用的替代方法是使用以可旋轉(zhuǎn)方式圍繞支柱附接的繞線管，因此可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)該繞線管將線圈卷繞到支柱上。然而，這需要支柱的橫截面大體呈圓形，以減小鐵芯支柱和線圈繞組之間的空氣間隙(極大化填充因數(shù))。一種這樣的三相連續(xù)磁通鐵芯是hexaformer鐵芯，其包括三個(gè)框架800，每個(gè)均由三個(gè)金屬環(huán)、卷圈或圈802構(gòu)成，該圈或卷圈802相對(duì)于彼此轉(zhuǎn)動(dòng)，并且每個(gè)卷圈802包括多個(gè)金屬層，這些金屬層相對(duì)于彼此偏置，形成斜坡表面，因此當(dāng)從如圖9中所示的側(cè)面看去，每個(gè)環(huán)或卷圈具有平截頭圓錐體形狀。為了本申請(qǐng)起見，鐵芯的所述環(huán)、卷圈或圈將被統(tǒng)稱為環(huán)。通過(guò)將環(huán)安置在彼此的內(nèi)側(cè)并相對(duì)于彼此成角度或轉(zhuǎn)動(dòng)，所形成的框架800可被變形以確定兩個(gè)大體平行的側(cè)邊， 并在其上施力使其與其它框架800接合以確定三個(gè)豎直延伸的支柱810，該支柱位于三角形的拐角處并延伸大體與三角形平面垂直，并且確定連接支柱810上端和下端的頂軛架和底軛架812、814。如圖8所示，在頂部和底部的兩組軛架大體具有三角形狀。在圖8中所示的特殊結(jié)構(gòu)，每個(gè)框架800包含3個(gè)圈，導(dǎo)致鐵芯支柱810具有大致呈六角形的橫截面。 因此應(yīng)認(rèn)識(shí)到，每個(gè)框架800確定一個(gè)頂軛架和一個(gè)底軛架以及兩個(gè)半支柱，當(dāng)以立體方式與鄰近框架連接時(shí)形成整個(gè)支柱，并提供連續(xù)磁通路徑。在參考文獻(xiàn)Sonia Landmark, Yuriy V. Serdyuk,Stanislaw Μ. Gubanski 以及 Benny Larking 的“六角-和傳統(tǒng) E 形鐵芯三才目變壓器之間白勺比較，，(“Comparison between hexa-and conventional Ε-type core three-phase transformers")中討論了上文中所述形狀的構(gòu)造和一些優(yōu)勢(shì)，通過(guò)引用將其包括在此文中，其中Sonia Limdmark來(lái)自于查爾姆斯理工大學(xué)電力工程學(xué)部能源與環(huán)境系，Yuriy V. Serdyuk和Manislaw M. Gubanski來(lái)自于查爾姆斯理工大學(xué)高壓工程學(xué)部材料與機(jī)械制造系，以及Benny Larking來(lái)自于瑞典的Hexaformer Production AB0本發(fā)明也適用于其它三相連續(xù)磁通路徑鐵芯結(jié)構(gòu)，包括其中框架中的環(huán)共有一個(gè)公共的旋轉(zhuǎn)軸的鐵芯，替代如在Hexaformer鐵芯中框架中的環(huán)相對(duì)于彼此成角度的構(gòu)造。根據(jù)本發(fā)明，本申請(qǐng)人通過(guò)提供一種將非晶態(tài)金屬帶制成連續(xù)磁通路徑鐵芯結(jié)構(gòu)的方法，提供一種新的非晶態(tài)三相變壓器。作為本發(fā)明的一個(gè)方面，非晶態(tài)金屬層被固持在一起以避免它們相對(duì)于彼此滑動(dòng)。所述非晶態(tài)金屬也設(shè)有內(nèi)骨架或外骨架或內(nèi)、外骨架都有以賦予結(jié)構(gòu)更高的剛度。本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種制造非晶態(tài)金屬變壓器的工藝過(guò)程，該工藝過(guò)程不需要退火步驟，通過(guò)提供一種具有大體呈圓形的橫截面的支柱，并且使用繞線管將導(dǎo)體線圈卷繞到支柱上，因此避免了由于切割鐵芯對(duì)鐵芯造成的過(guò)度傷害。為了本申請(qǐng)起見，一種大體是圓形的橫截面包括任何具有超過(guò)4個(gè)邊的多邊形狀。除去退火步驟即除去了一個(gè)重要的、耗時(shí)且成本高的步驟，在過(guò)去該步驟是非晶態(tài)金屬變壓器的一個(gè)典型的必須條件。根據(jù)本發(fā)明，關(guān)于三相變壓器的一個(gè)實(shí)施例涉及使用hexaformer結(jié)構(gòu)，其包括將非晶態(tài)金屬卷繞成三個(gè)環(huán)組，每個(gè)組被設(shè)置以形成一框架，并利用以立體方式連接在一起的三個(gè)框架以確定六邊形橫截面支柱。為了將導(dǎo)電繞線卷繞至鐵芯上，本發(fā)明利用了繞線管，該繞線管被緊夾在各個(gè)支柱上并且在線圈卷繞過(guò)程中相對(duì)于支柱轉(zhuǎn)動(dòng)，然后可選地將該繞線管相對(duì)于支柱固持，形成完成的變壓器的一部分。因此，本發(fā)明避免了與Ngo三相鐵芯和由Metlas和CogentPower提供的鐵芯相關(guān)的問(wèn)題，S卩，為了將繞組放置在鐵芯支柱上， 在構(gòu)成鐵芯的非晶態(tài)金屬帶中需要數(shù)百個(gè)甚至數(shù)千個(gè)切口或裂紋。通過(guò)避免如在現(xiàn)有技術(shù)的Metglas、Cogent Power和Ngo的非晶態(tài)金屬鐵芯中的不得不切割非晶態(tài)金屬，可大大減少鐵損并提供一種不需要將鐵芯退火的變壓器制造工藝過(guò)程。在圖10中示出本發(fā)明的非晶態(tài)三相變壓器的一個(gè)實(shí)施例。如上文所討論的，用于形成各個(gè)環(huán)或圈1000的非晶態(tài)金屬帶比硅鋼薄了 8到12倍并且極其光滑和質(zhì)軟。對(duì)于各個(gè)環(huán)1000，為了將多個(gè)非晶態(tài)金屬層相對(duì)于彼此固定，本發(fā)明因此提供一個(gè)或多個(gè)硅鋼層1002，該硅鋼層在本實(shí)施列中由兩層非晶粒取向的硅鋼形成，其同樣也用于給所述環(huán)提供較大的剛度。本發(fā)明也在一個(gè)實(shí)施例中建議在頂部卷繞非晶態(tài)金屬層之前先設(shè)置一內(nèi)支架，該內(nèi)支架是一層或多層的硅鋼。在本實(shí)施例中，在各個(gè)圈1000的內(nèi)側(cè)上使用兩層非晶粒取向硅鋼1004。因此內(nèi)層和外層硅鋼為非晶態(tài)環(huán)確定了一個(gè)內(nèi)骨架。在其它實(shí)施例中，附加的非晶粒取向硅鋼層散布在非晶態(tài)金屬層之間，以提供另外的結(jié)構(gòu)的完整性。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，在卷繞大約1/3的非晶態(tài)金屬層后置入一個(gè)雙層的非晶粒取向硅鋼，在卷繞完另一個(gè)1/3的非晶態(tài)金屬層后再置入一個(gè)雙層的非晶粒取向硅鋼。包括另外的內(nèi)部雙層和外部雙層非晶粒取向硅鋼在內(nèi)總共設(shè)置了 4個(gè)雙層的非晶粒取向硅鋼。應(yīng)當(dāng)清楚的是，可使用多于或少于4個(gè)的雙層非晶粒取向硅鋼作為內(nèi)骨架，并且可使用其它材料來(lái)形成內(nèi)骨架。同樣，上述實(shí)施例中各組硅鋼層只包含兩層，應(yīng)當(dāng)清楚的是也可使用多過(guò)2層的硅鋼層組。在一些實(shí)施例中，其中硅鋼層被用作內(nèi)部層，在其上卷繞非晶態(tài)金屬之前，通過(guò)將它們?cè)谇迤嶂薪翰⑵浜婵疽允顾鼈兏觿傆?。在變壓器鐵芯中使用非晶態(tài)金屬所出現(xiàn)的另一個(gè)難題是非晶態(tài)金屬帶通常是以限定的寬度制成的。本發(fā)明提供一種制作變壓器鐵芯的方法，該鐵芯比單個(gè)非晶態(tài)金屬帶寬。在圖16所示的實(shí)施例中，制成一種非晶態(tài)金屬hexaformer結(jié)構(gòu)鐵芯，其包括比單個(gè)非晶態(tài)金屬帶寬度寬的圈。在此實(shí)施例中，兩個(gè)非晶態(tài)金屬帶1600、1602彼此相鄰地被卷繞在共同的卷繞頭上。因在此實(shí)施例中組合圈的寬度需要比一個(gè)單獨(dú)帶的寬度大但比兩個(gè)帶的寬度小，對(duì)于帶1600使用一個(gè)全部帶寬，而將第二帶沿縱向撕開使其具有預(yù)期帶寬以提供具有特定寬度的圈2002，當(dāng)該圈2002與帶1600組合時(shí)提供預(yù)期的環(huán)總寬度。為將非晶態(tài)金屬卷圈繞組相對(duì)于彼此固定在彼此之上，在環(huán)的繞組中包括三套或組硅鋼層，各組包括兩層。在圖16中只示出內(nèi)部硅鋼層組1610和中部硅鋼層組1612，外部層還有待被卷繞。硅鋼層1610、1612具有與非晶態(tài)金屬層帶1600、1602的組合寬度相對(duì)應(yīng)的寬度，因此其幫助將兩個(gè)相鄰非晶態(tài)金屬環(huán)固定在一起。以這種方法，通過(guò)提供預(yù)期數(shù)量的彼此相鄰的非晶態(tài)圈，并通過(guò)包含具有與多個(gè)非晶態(tài)圈的組合寬度相對(duì)應(yīng)的寬度的硅鋼層將這些圈固定，本發(fā)明允許用于hexaformer和其它連續(xù)磁通路徑結(jié)構(gòu)鐵芯的非晶態(tài)圈被制成具有任意寬度。雖然上述實(shí)施例中將非晶態(tài)金屬圈1600和1602彼此相鄰地卷繞在共同的卷繞頭上，所述圈也可被單獨(dú)制成然后使用外部非晶態(tài)金屬層組將其組合。在圖17中示出另一種使用非晶態(tài)材料制成的三相連續(xù)磁通路徑變壓器鐵芯。圖 17所示的鐵芯看上去與hexaformer和Manderson鐵芯結(jié)構(gòu)相似，其中，該鐵芯設(shè)有三個(gè)框架，每個(gè)框架由多個(gè)環(huán)構(gòu)成，這些環(huán)沿支柱部分連接以形成設(shè)置在三角形拐角的鐵芯支柱， 并且每個(gè)支柱具有大體呈六邊形的橫截面。然而，與Manderson不同，本發(fā)明的鐵芯通過(guò)利用偏置卷繞的多個(gè)卷繞環(huán)以形成復(fù)合的斜邊環(huán)，避免了斜邊磁性帶的使用。如在圖17中所示，構(gòu)成本發(fā)明鐵芯的框架每個(gè)包括一個(gè)主內(nèi)環(huán)1710和多個(gè)次環(huán)1712。本發(fā)明也避免了使用由多個(gè)如在hexaformer結(jié)構(gòu)中的相對(duì)于彼此成角度的環(huán)構(gòu)成的框架。相反地，本發(fā)明使一個(gè)框架中的所有的環(huán)卷繞在彼此之上并且共享共同的旋轉(zhuǎn)軸。所述環(huán)中至少一個(gè)可能部分或者全部由非晶態(tài)金屬形成。在圖17的實(shí)施例中，內(nèi)環(huán)1710由非晶態(tài)金屬制成。因此所述框架，每個(gè)均由第一或最內(nèi)部的環(huán)1710構(gòu)成，該環(huán)由非晶態(tài)金屬以偏置方式卷繞形成，以確定一具有60度和120度內(nèi)角的平行四邊形橫截面形狀。在此實(shí)施例中各個(gè)框架還包括也以偏置方式卷繞的四個(gè)附加的環(huán)1712，每個(gè)這種附加環(huán)以與最內(nèi)部的環(huán) 1710相同的方向被偏置。在此實(shí)施例中，所述附加環(huán)其中的兩個(gè)也使用非晶態(tài)金屬卷繞形成。應(yīng)當(dāng)清楚的是，所述最內(nèi)部的環(huán)填充六邊形的一部分。在此實(shí)施例中，選擇隨后的或附加的環(huán)以填充(和最內(nèi)部環(huán)一起)外接圓的一半的大部分，以形成支柱部分，當(dāng)該支柱部分與鄰近支柱部分組合時(shí)形成鐵芯支柱，其中該支柱的填充因數(shù)比具有六邊形橫截面的支柱大。在圖11所示的另一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)卷繞金屬帶時(shí)，替代提供結(jié)構(gòu)硅鋼層將非晶態(tài)金屬層固定在一起，而是將樹脂噴涂在金屬帶表面上，因此在層之間提供樹脂將鄰近帶彼此粘合。在本實(shí)施例中，在卷繞過(guò)程的每次旋轉(zhuǎn)中涂敷一個(gè)或多個(gè)樹脂點(diǎn)1100，然而，在本實(shí)施例中，如通過(guò)由附圖標(biāo)記1104指示的示例描繪出的，涂敷樹脂的噴嘴1102可被改為設(shè)置用于當(dāng)卷繞非晶態(tài)金屬時(shí)，在其表面上連續(xù)涂敷樹脂膜。樹脂可以以細(xì)霧(小液滴)狀或粉末狀被涂敷，并且可被靜電噴涂到非晶態(tài)金屬層。至于在紫外固化樹脂情況下由紫外光固化層間的樹脂而言，該樹脂被選擇為起初只固化為乙階樹脂，因此可允許所述環(huán)隨后的變形，這些將在下文中清楚地討論。如果該樹脂是在室溫固化的雙組分樹脂，選擇樹脂或硬化劑(催化劑)的量來(lái)提供足夠長(zhǎng)的固化時(shí)間，以允許所述環(huán)合并入框架中并使框架變形。在圖12所示的又一個(gè)實(shí)施例中，在完成的鐵芯1200的外面涂上涂層以形成一包封層1202，該層將非晶態(tài)層固定在一起并防止它們相對(duì)于彼此滑動(dòng)?？上炔粐娡繕渲c(diǎn)1100或樹脂膜1104，在非晶態(tài)金屬層的表面上涂上所述包封層，或者附加在上述樹脂 1100、1104上。類似地，可提供包封層1202附涂在硅鋼層1002、1004上。在圖12的實(shí)施例中，包封層1202采用清漆或樹脂的形式，在將變壓器的銅繞組應(yīng)用于支柱之前涂上該包封層1202。就清漆而言，使用烘烤-浸蘸-烘烤的順序，其中先將鐵芯加熱至約200°C，隨后將鐵芯浸入到含有清漆的容器1204中，然后再次加熱以硬化清漆。在另一個(gè)實(shí)施例中， 通過(guò)在容器1204中注滿樹脂并將鐵芯浸入樹脂中，或者使用刷子涂敷樹脂或使用噴嘴噴涂樹脂，以在鐵芯上涂上樹脂涂層。就樹脂涂層而言，可使用紫外固化樹脂或雙組分樹脂代替熱樹脂以避免為固化樹脂而不得不烘烤鐵芯。在又一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)在鐵芯經(jīng)受烘烤-浸蘸-烘烤之后再涂敷樹脂，在刷清漆過(guò)程中添加了向鐵芯涂敷樹脂的過(guò)程。將對(duì)在圖14中所示的組裝工藝過(guò)程進(jìn)行討論以清晰了解圖13中所示的實(shí)施例，通過(guò)將變壓器浸入到清漆槽1304中或通過(guò)在變壓器上噴涂或刷涂清漆，該實(shí)施例包括在安裝變壓器的導(dǎo)體繞組之后再次涂敷一涂層，即清漆涂層。在圖14中描繪出根據(jù)本發(fā)明的具有hexaformer結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)三相變壓器的制造工藝過(guò)程的一個(gè)實(shí)施例。在此實(shí)施例中，使用9個(gè)卷芯機(jī)1400卷繞9個(gè)非晶態(tài)金屬卷圈或圈，該卷圈或圈被用于制造根據(jù)本發(fā)明的具有hexaformer結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)金屬鐵芯。每一卷芯機(jī)1400包括一驅(qū)動(dòng)卷繞頭1404的電動(dòng)機(jī)1402，導(dǎo)向板1406與卷繞頭1404安裝在一共同的軸上，用以當(dāng)非晶態(tài)金屬層和任何硅鋼層卷繞在卷繞頭上時(shí)支撐這些層。根據(jù)上文所討論的本發(fā)明的實(shí)施例，將兩層非晶粒取向硅鋼從卷軸1410卷繞到各個(gè)卷繞頭1404上，其中卷軸1410被安裝在一可旋轉(zhuǎn)的卷軸頭1412上，該卷軸頭設(shè)有可徑向移動(dòng)的卡鉗，一旦卷軸定位在卷軸頭上可用該卡鉗將卷軸夾緊。在此實(shí)施例中，隨后在卷軸頭1412上安裝非晶態(tài)金屬的卷軸，并將非晶態(tài)金屬層卷繞在兩層非晶粒取向硅鋼的上面。然后將另外兩層非晶粒取向硅鋼從安裝在卷軸頭1412上的卷軸卷繞至非晶態(tài)金屬層的上面以完成9個(gè)卷圈或圈。根據(jù)所述hexaformer的結(jié)構(gòu)，形成在三個(gè)內(nèi)部卷芯機(jī)1422上的內(nèi)圈組由寬度是用于中部和外部圈的金屬帶的寬度的2倍的金屬帶構(gòu)成。為給每一框架提供三個(gè)圈，其中三個(gè)圈根據(jù)所述hexaformer結(jié)構(gòu)的要求安裝在彼此內(nèi)側(cè)，內(nèi)部圈形成在半徑較小的卷軸頭上以提供一比中部和外部線環(huán)半徑小的卷圈或圈，而外部圈最大且被卷繞在最大的卷軸頭上。如工位1430所描繪的，通過(guò)將外部圈放置在內(nèi)部圈上，并且將中部圈與內(nèi)部圈成角度地放置，并對(duì)組成鐵芯的三個(gè)框架中的每個(gè)重復(fù)此過(guò)程，以制成三個(gè)框架。接著將每一框架的圈臨時(shí)夾在一起以保持環(huán)相對(duì)于彼此的位置，直到框架變形，將作如下討論。如圖15詳細(xì)地顯示，通過(guò)將框架放置到框架拉伸臺(tái)1432以使框架變形。該拉伸臺(tái)允許在框架的窗口內(nèi)放置適當(dāng)?shù)陌匆欢ǔ叽缰谱鞯膲喊澹搲喊宄膺\(yùn)動(dòng)使框架變形。此變形步驟用于兩個(gè)目的，即用于制作具有大體直線平行的支柱部分的框架，以及幫助將線環(huán)相對(duì)于彼此固定。然后將框架與彼此連接并夾緊。如上文所討論，可通過(guò)以下方式將框架固定，包括采用烘烤-浸蘸-烘烤步驟涂敷清漆，或提供充當(dāng)外骨架的樹脂涂層，或既使用清漆也使用隨后的樹脂涂層。作為選擇地或附加地，可利用樹脂浸漬綁扎材料將鐵芯的支柱固定于彼此，該樹脂浸漬綁扎材料也被稱為固定綁扎帶，其中該樹脂已經(jīng)通常被固化成乙階樹脂以讓綁扎帶具有彈性。一旦所述固定綁扎帶被卷繞在支柱上，將其加熱以使之固化至最終狀態(tài)或甲階樹脂。如圖15所示，拉伸臺(tái)包括機(jī)架1500，其可滑動(dòng)地支撐兩個(gè)壓板底座1502、1504。底座1502連接至氣動(dòng)活塞1506，而底座1504相對(duì)于底座1502滑動(dòng)可調(diào)以適應(yīng)不同大小的框架窗口，并且該底座可被鎖定到位。適當(dāng)大小的壓板1508被安裝在底座1502、1504上以接合待被拉伸的框架的相對(duì)的內(nèi)表面。接著氣動(dòng)地朝外移動(dòng)底座1502以使框架變形至其預(yù)期形狀。在上文所述的工藝過(guò)程中，所述環(huán)被卷繞在圓形的卷繞頭上并接著使其變形。這具有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即卷芯機(jī)可比在非圓形的卷繞頭的情況下轉(zhuǎn)動(dòng)的快。一旦已將各個(gè)框架變形并移除臨時(shí)性的夾具，將框架的直線邊連接在一起以形成三個(gè)具有大體呈六邊形橫截面的支柱。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)夾具或撐條或繩索或線帶將直線支柱彼此固定。此后，本實(shí)施例提供一包封樹脂，將該樹脂涂抹或噴涂在鐵芯上，或者如由附圖標(biāo)記1440所描繪的， 通過(guò)將鐵芯浸沒(méi)在樹脂容器1438中將該樹脂涂敷在鐵芯上。在此實(shí)施例中，玻璃纖維短切絲形式的玻璃纖維材料被包含在所述樹脂中。如上文所提及的，在一個(gè)實(shí)施例中，熱樹脂被用于外部涂層并將其烘烤，此步驟所起作用部分類似于退火步驟。通過(guò)避免使用為將線圈接入鐵芯而需要切割鐵芯或在鐵芯中斷裂的鐵芯形狀，非晶態(tài)金屬的退火極其多余。然而， 為改善損耗在一個(gè)實(shí)施例中引入了退火步驟。因此如上文所提及的，一種需要烘烤以便固化的熱固化樹脂的使用能夠今后允許固化步驟與材料的退火結(jié)合，假如使用的樹脂的固化溫度達(dá)到非晶態(tài)金屬的有效退火溫度(大約300°C)的話。然而，在本實(shí)施例中使用的是紫外固化樹脂，使用在工位1450中所描繪的UV光線1448將其固化。因UV固化過(guò)程較快， 這樣節(jié)省了時(shí)間并避免使用成本高且高耗能的烤爐。一旦所述樹脂被固化即將線圈繞管安裝在鐵芯的支柱上，如上文所討論的，導(dǎo)體線圈被卷繞在該繞管上，在此通過(guò)卷繞工位1460 描述。次繞組可以先被卷繞至繞線管上，此后將主繞組卷繞在次繞組之上。在另一實(shí)施例中，次繞組被卷繞在主繞組之上。對(duì)每一支柱輪流重復(fù)該過(guò)程。在此實(shí)施例中，將完成的變壓器浸入到在工位1407的清漆槽中，然后烘烤該涂層上的清漆。盡管本申請(qǐng)描述了具體的實(shí)施方式，然而應(yīng)明白本發(fā)明的各方面能夠以不同方式實(shí)施，不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種三相變壓器鐵芯，包括連續(xù)磁通路徑鐵芯結(jié)構(gòu)，其特征在于，鐵芯中至少部分包含非晶態(tài)金屬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵芯，其特征在于，所述鐵芯部分由非晶態(tài)金屬形成并且部分由硅鋼形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵芯，其特征在于，所述鐵芯包括三個(gè)框架，每個(gè)所述框架包括多個(gè)環(huán)，在其中，在每個(gè)所述框架中的所述環(huán)中的至少一個(gè)包含非晶態(tài)金屬。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鐵芯，其特征在于，包含非晶態(tài)金屬的所述環(huán)包括多個(gè)內(nèi)部硅鋼層和多個(gè)外部硅鋼層，所述內(nèi)部和外部層將多個(gè)非晶態(tài)金屬層夾在它們中間。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鐵芯，其特征在于，所述環(huán)中至少一些包括多個(gè)內(nèi)部硅鋼層， 該硅鋼層已被處理過(guò)而具有剛度增強(qiáng)的涂層，從而為非晶態(tài)金屬層確定內(nèi)部支撐管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵芯，其特征在于，所述鐵芯包括多個(gè)非晶態(tài)金屬層，利用樹脂將其中的至少一些與彼此固定。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鐵芯，其特征在于，所述樹脂在非晶態(tài)金屬層間形成基本恒定的層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鐵芯，其特征在于，還包括圍繞鐵芯支柱卷繞的浸漬樹脂帶。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鐵芯，其特征在于，所述帶中的樹脂已被固化成乙階樹脂，并且通過(guò)隨后的加熱能夠被固化成甲階樹脂。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鐵芯，其特征在于，各個(gè)環(huán)中的卷繞材料層相對(duì)于彼此被偏置以形成從側(cè)面看時(shí)具有平截頭圓錐形狀的環(huán)，并且各個(gè)框架中的環(huán)成角度地置于彼此內(nèi)，其中每一框架中至少一個(gè)環(huán)的旋轉(zhuǎn)軸相對(duì)于該框架中的其它環(huán)的旋轉(zhuǎn)軸成一角度。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鐵芯，其特征在于，每一框架包括多個(gè)具有共同旋轉(zhuǎn)軸的環(huán)。
12.一種提高三相連續(xù)磁通路徑變壓器鐵芯的效率的方法，包括卷繞多個(gè)環(huán)，所述環(huán)中的至少一個(gè)至少部分地由非晶態(tài)金屬卷繞制成， 由所述環(huán)形成三個(gè)框架，以及將所述框架組合成鐵芯。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括在非晶態(tài)金屬層的至少一些層之間涂敷樹脂。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述樹脂以粉狀或細(xì)霧狀被靜電涂敷。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括在鐵芯的外表面上涂敷樹脂以用樹脂層或殼層包覆鐵芯。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括在鐵芯的外表面上涂敷玻璃纖維。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括退火或者疇設(shè)置非晶態(tài)金屬。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括加熱鐵芯并且在鐵芯還熱時(shí)將其浸入清漆中。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，還包括制備各個(gè)環(huán)，所述環(huán)至少部分地由非晶態(tài)金屬卷繞，由多個(gè)涂上清漆的硅鋼層組成一內(nèi)部支撐環(huán)。
20.一種制造寬的非晶態(tài)金屬變壓器鐵芯環(huán)的方法，包括將兩個(gè)或更多非晶態(tài)金屬帶彼此緊鄰地卷繞以形成由兩個(gè)或更多緊鄰的環(huán)組成的寬的組合環(huán)，并將非晶態(tài)金屬層與彼此固定，并且通過(guò)包含一組或更多組硅鋼層將緊鄰的非晶態(tài)金屬環(huán)相對(duì)于彼此固定，在其中，所述一組或更多組硅鋼層由具有與組合環(huán)寬度對(duì)應(yīng)的寬度的硅鋼形成。
全文摘要
在一種三相變壓器鐵芯中，非晶態(tài)金屬帶被卷繞成環(huán)，將該環(huán)組成框架并組合框架以形成鐵芯，所述鐵芯具有多于4個(gè)邊的支柱橫截面以有利于使用卷繞管將變壓器繞組卷繞在支柱上。將非晶態(tài)金屬層相對(duì)于彼此固定，并且通過(guò)使用樹脂、在非晶態(tài)鐵芯中包含硅鋼層或者使用捆扎或綁扎裝置以使所述鐵芯更加剛硬。
文檔編號(hào)H01F27/24GK102362321SQ201080006676
公開日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月5日
發(fā)明者于爾根·福爾拉特, 約翰·雪莉·胡斯特 申請(qǐng)人:哈克薩弗爾默公司