NO812640L - Fremgangsmaate til fremstilling av transformatorkjerne eller liknende kjerne av amorft baandmetall - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte

til fremstilling av en magnetisk kjerne fra amorft båndmetall.

En vanlig måte til fremstilling av en magnetisk kjerne

for anvendelse i et elektrisk apparat, såsom en transformator,

er å anvende magnetisk båndmateriale som har en foretrukket orienteringsretning parallell med materialets lengderetning,

dvs. et ikke-amorft metallmateriale. Dette materiale er forholdsvis bøyelig og lett å forme til kjernens endelige form, enten før eller etter denne er spenningsglødet. Etter at kjernen er dannet kan den derfor lettvint utstyres med en ikke tilkoplet skjøt, f.eks. ved å skjære helt gjennom en omkretsseksjon,

og på grunn av dens bøyelighet kan en tilknyttet elektrisk spole lettvint monteres rundt en seksjon bare ved å åpne skjøten og stikke spolen gjennom denne. Selv om denne metode er helt tilfredsstillende når kjernen er fremstilt av ikke-amorft me-tallbåndmateriale, har den vist seg ikke å være tilfredsstillende ved fremstilling av kjernen fra et amorft båndmateriale. Dette skyldes at det sistnevnte båndmateriale, f.eks. "Metglas" er meget tynt, meget sprøtt og meget hardt. De fleste forsøk på å fremstille en kjerne av dette materiale har vanligvis vært mislykket, hovedsakelig på grunn av at amorft båndmateriale er vanskelig å skjære av uten sprekkdannelse langs skjærelinjen. Selv om dette tynne og sprø materiale kunne skjæres uten sprekkdannelse ville dessuten det tidsrom som var nødvendig for å

fremstille skjøtkjerner under anvendelse av hittil konven-sjonelle løsninger bli økt vesentlig på grunn av at materialet er så tynt. Ikke desto mindre er det ønskelig å anvende amorft metall ved fremstilling av kjernen på grunn av de reduserte jerntap som oppnås med dette.

På bakgrunn av det som er angitt ovenfor er hovedformålet med den foreliggende oppfinnelse å frembringe en forholdsvis ukomplisert og økonomisk fremgangsmåte til fremstilling av en magnetisk kjerne fra amorft båndmetall, for anvendelse i en transformator eller liknende elektrisk induksjonsapparat,

og særlig en fremgangsmåte som er pålitelig i bruk. Slik det vil bli beskrevet mer detaljert nedenfor begynner fremgangsmåten med et kontinuerlig bånd av uglødet amorft metall som først vikles om en sylindrisk dor til dannelse av en kjerne som i begynnelsen er rund og som deretter klemmes på forutbestemt måte og skjæres helt gjennom et forutbestemt tverrsnitt. Denne skjæreprosess, som krever påføring av et rusthindrende, væskeformet kjølemiddel i skjæresnittet av kjernen, resulterer i et antall langstrakte metallbånd som ikke er forbundet med hverandre. Båndene som ikke er forbundet med hverandre atskilles i et antall individuelle grupper som sammenføyes, en gruppe om gangen, til en kjerne som har stort sett oval form og som deretter formes til den ønskete sluttform dersom den ikke allerede har den ønskete sluttform. Deretter glødes kjernen og utsettes samtidig for et magnetisk felt med forutbestemt styrke.

Fremgangsmåten vil bli beskrevet mer detaljert i det etterfølgende under henvisning til den medfølgende tegning,

hvor:

Fig. 1 viser et sideriss av en sammenføyet magnetisk kjerne fremstilt ifølge oppfinnelsen. Fig. 2a-2e viser skjematisk et antall trinn i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen til fremstilling av den magnetiske kjerne som er vist i fig. 1.

På tegningen hvor like komponenter er angitt med like henvisningstall i de forskjellige figurer henvises det først til fig. 1, som, som angitt ovenfor, viser en magnetisk kjerne fremstilt ifølge oppfinnelsen. Denne kjerne som er særlig egnet for anvendelse i en transformator eller et liknende elektrisk induksjonsapparat, er formet av et kontinuerlig bånd av amorft metall, f.eks. det ovennevnte "Metglas" båndmateriale. Kjernen kan være rund, rektangulær, stort sett rektangulær som vist i fig. 1, eller kan ha en vilkårlig annen egnet og ønskelig form. I den viste stort sett rektangulære' form omfatter kjernen motstående ben 12 og 14, et øvre åk 16 og et nedre åk 18. Den ene av disse fire seksjoner, f.eks. det øvre åk 16, omfatter en skjøt 20 som tjener som adkomst inn i og rundt kjernen for

anbringelse av en eller flere tilhørende elektriske spoler.

En slik spole er vist i fig. 1 ved 22.

Skjøten 20 kan være en plan eller rett buttskjøt, den

kan være en avtrappet skjøt, kan være V-skålformet eller ha en vilkårlig annen egnet form. Dessuten kan de motstående ende-seksjoner som danner denne skjøt omfatte beskyttende belegg som beskrevet i US-patentskrift (amerikansk patentsøknad 133.344 av 24. mars 1980). I patentskriftet er det også skrevet en fremgangsmåte til montering av den tilhørende spole (som tilsvarer spolen 22).

Fig. 2a-2e viser en foretrukket fremgangsmåte til fremstilling av kjernen 10 fremstilt av ett eller flere kontinuerlige bånd av amorft metall, f.eks. det ovennevnte materiale "Metglas". I fig. 2 er det vist to kontinuerlige bånd 24. Disse bånd er i begynnelsen lagret på sine egne spoler 26. Det første trinn i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfatter vikling av det eller de kontinuerlige bånd om en sylindrisk dor 28

til dannelse av en først rund kjerne 30. Ifølge den foretrukne fremgangsmåte er det viktig at kjernen vikles rund, slik at båndet eller båndene 24 ikke blir utsatt for rykking eller en annen uregelmessig bevegelse som ville kunne forårsake brudd. Ved vikling av båndene om doren 28 uten for sterk;- akselerasjon kan dessuten hastigheten på viklingen 10 faktisk økes. Etter tilforming av denne i begynnelsen runde kjerne 30 klemmes denne på forutbestemt måte sammen slik som vist i fig. 2b. Klemanord-ningen, som er generelt angitt med henvisningstall 32, er vist skjematisk i denne figur og omfatter en stål- eller annen stiv underlagsplate 34 og to borttakbare stål- eller andre stive klemplater 36. Selv om det ikke er vist er det anordnet en egnet innretning for å holde klemplatene 36 over underlagsplaten 34 slik at kjernen 30 som i begynnelsen er rund blir holdt mellom disse i en litt sammentrykket, stort sett oval tilstand som vist generelt med henvisningstall 38. I denne forbindelse er de ender av klemplatene 36 som vender mot hverandre atskilt fra hverandre for å blottlegge et tverrsnitt av kjernen.

Med den ovale kjerne 38 klemt i den- stilling som er vist

i fig. 2b, anvendes det et skjæreverktøy, fortrinnsvis en motor-drevet sag med et slipende, sirkelrundt sagblad 40 som f.eks. er fremstilt av aluminiumoksyd eller silisiumkarbid med harpiks-eller gummibindemiddel for å skjære helt gjennom det ovennevnte,

blottlagte tverrsnitt fra en kant av den ovale kjerne til dens motstående kant. I denne forbindelse kan selve den motordrevne sag være en benksag eller en sag med radial arm, og en egnet stålblokk eller annen stiv blokk 42 er fortrinnsvis anordnet inne i kjernen som vist i fig. 2b for opptakelse av den innad-ragende kant av sagbladet 40 for å styre dette tvers over kjernen etter hvert som bladet skjærer seg gjennom det blottlagte tverrsnitt av dette. Samtidig funksjonerer blokken 42 som en støtte mellom underlagsplaten 34 og klemplatene 36 for å muliggjøre større sammentrykking av kjernelaminatene på begge sider av tverrsnittet som skjæres ut. Dette reduserer mulig-heten for sprekkdannelse, gratdannelse og/eller svelling langs snittet. I alle tilfeller er resultatet når et kutt er gjort et antall langstrakte strimler av materialet som ikke er forbundet med hverandre.

Et amorft metall er et ikke-krystallinsk materiale. Når det amorfe metall overhetes minskes dets gode magnetiske egenskaper (dvs. at det taper dets ikke-krystallinske egenskaper). Av den grunn er det nødvendig med tilførsel av et rustinhiberende kjølemiddel for å hindre overheting under skjæring. Berør-ingstrykk mellom materialet og skjærehjulet er kritisk. Det vil lett danne seg varme under høyt berøringstrykk. Berørings-trykket blir styrt av hjulhastigheten og arbeidsstykkets frem-føringshastighet. Den riktige hjulhastighet var 30,5-36,6 m/s og arbeidsstykkets fremføringshastighet var 12,9 cm 2/h for skjæring i en aktuell utførelse. Dette kan selvfølgelig variere med skjærehjulet og materialet som skjæres. Det rustinhiberende kjølemiddel tilføres kontinuerlig i form av en dusj ved hjelp av en egnet anordning som f.eks. omfatter to dyser som er angitt med henvisningstall 44 i fig. 2b. I en foretrukket utførelsesform er kjølemidlet et vannbasert kjølemiddel, nærmere bestemt vann som inneholder Nu-olje fra Pittsburgh Chemical Mfg. Co. som rustinhibitor. For å hindre ytterligere rustdan-nelse neddykkes likevel de forskjellige usammenføyete, langstrakte strimler som fremkommer ved skjæreoperasjonen som er diskutert ovenfor i en forbindelse med basis av en alkohol, særlig metylalkohol, for fjerning av det meste av vannkjøle-midlet. Strimlene som ikke er forbundet med hverandre oppvarmes deretter i en ovn, fortrinnsvis ved 125°C, i et tilstrekkelig tidsrom til at de tørker.

Selv om den foreliggende oppfinnelse ikke er begrenset til et vannbasert kjølemiddel, selv om dette foretrekkes, og selv om oppfinnelsen ikke er begrenset til de spesielle para-metre som benyttes ved tørking av båndene når det anvendes et vannbasert kjølemiddel, er det nettopp nevnte tørketrinn et meget nødvendig trinn i den totale prosess for å hindre

for mye rusting og svelling. Det lille oksyd som blir igjen på de usammenbundete bånd som et resultat av vannet er så tynt at det ikke nevneverdig påvirker fyllfaktoren mellom vindinger i den endelig dannete kjerne, men øker overflatemotstanden vesentlig. Etter denne behandling vil de usammenbundete bånd lettvintere gli forbi hverandre og ikke henge seg fast i hverandre, slik at de kan atskilles i grupper og utstyres med de hensiktsmessige endeformer som vil bli diskutert.

Når den ovale kjerne 38 er skåret og de resulterende usammenbundete bånd er tørket f.eks. under anvendelse av et vannbasert kjølemiddel, samles som nettopp nevnt de individuelle usammenbundete bånd i et antall grupper som har spesielt formete ender, avhengig av den spesielle type skjøt 20 som er ønsket i sluttproduktet. En gruppe usammenbundete bånd er vist i fig. 2c og generelt angitt med henvisningstall 46. Denne gruppe er vist med avfasete ender 46a og 46b, som er nødvendig for å oppnå den endelig formete skjøt som er vist i fig. 1. Denne spesielle utforming kan oppnås ved først å ta hele stabelen av usammenbundete bånd og anbringe dem som en firkant på den ene ende ved å dunke på endene med en flat blokk. Dersom mer helling er nødvendig kan stablene forskyves ved alternativt å klemme sammen den ene ende av stabelen og deretter den andre samtidig med bøyning av stabelen. For noen typer skjøter, såsom en vekslende butt-overlappskjøt, er denne forskyvning unødven-dig. Med unntagelse av en firkantet butt skjøt eller en avfaset butt skjøt, er stabelen delt i de ovennevnte individuelle grupper 46. Dersom endene av hver gruppe skal ha beleggene ifølge nevnte US-patentskrift vil i alle tilfeller slike belegg påføres på dette tidspunkt.

Etter at de individuelle grupper 4 6 er dannet blir den ytterste gruppe, dvs. den gruppe med de lengste usammenbundete bånd holdt fast i en oval (fortrinnsvis elliptisk) form med dens ender brakt sammen og omviklet for å holde den på plass som vist i fig. 2d. Som vist der blir den ytterste gruppe 46 holdt i den ovenfor beskrevne stilling ved hjelp av en egnet'- anordning, f.eks. et par overforhverandre liggende klemplater 48. Når den ytre gruppe 46 er brakt i stilling slik, anbringes de resterende grupper suksessivt, en om gangen innenfor den ytterste gruppe, hvorved man begynner med den nest lengste gruppe av sammenbundete bånd og ender med den korteste gruppe. Dette utføres ved bøyning av hver individuell gruppe i seg

selv, slik at den sistnevnte kan anbringes konsentrisk inne i den sist sammenføyete gruppe. Gruppen som sammenføyes slik tillates deretter å smette tilbake i stilling, slik at dens motstående ender danner anlegg mot hverandre på den måte som er vist i fig. 2d. Selv om det ikke er vist kan det anordnes en streng, et bånd eller et annet egnet organ for å hindre demontering av den endelig formete ovale (eller elliptiske) kjerne 49, som er utformet mellom klemplatene 48, når disse beveges.

Når kjernen 49 er formet, dersom dens ovale eller elliptiske form ikke er den endelige, ønskete form, dannes den ønskete form. Dette utføres best ved å anvende en rekke klemmer som lettvint kan anordnes. F.eks. viser fig. 2e en rekke indre og ytre klemplater 50, som kan utgjøre en del av et klemapparat som lettvint fremskaffes av en fagmann på området. Selv om det ikke er vist vil apparatet omfatte et organ for regulering av mellomrommet mellom de forskjellige mothverandre vendende plater og plasseringen av platene i forhold til hverandre,

for å frembringe den ønskete form på kjernen. I fig. 2e omdannes den ovale eller elliptiske kjerne 48 i fig. 2d til den stort sett rektangulære form i fig. 1. Denne stort sett rektangulær-formete kjerne 53 er utstyrt med en strømspole 54 som er viklet rundt en seksjon av kjernen 53 og koplet til en kilde 56 for enten likestrøm eller vekselstrøm, som når den passerer gjennom spolevindingene utsetter spolen for et magnetisk felt. I en foretrukket utførelse er dette felt mellom 5 og 20 ørsted, særlig 10 ørsted i en mest foretrukket utførelse. Samtidig glødes hele kjernen, fortrinnsvis i en beskyttende atmosfære, f.eks. et vakuum, en inertgass som argon, eller en reduserende gass som en blanding av nitrogen og hydrogen. I en foretrukket

utførelse glødes kjernen i mellom 1 og 3 timer, helst i 2 timer, ved en temperatur på mellom 340 og 370°C (dette temperaturområde er egnet for "Metglas" 2605S og 2605SC). Kjernen kjøles fortrinnsvis gradvis ned, nærmere bestemt ved en hastighet på

1,67°C pr. minutt inntil kjernen er 150°C. Ved å gløde kjernen og utsette den for et magnetisk felt slik som beskrevet, minskes dets jerntap, noe som er kjent. Når kjernen 52 er blitt glødet og utsatt for det magnetiske felt, kan spolen 54 fjernes, og en eller flere endelig elektriske spoler 22 kan anbringes rundt en seksjon av kjernen på en egnet måte, som fortrinnsvis in-kluderer den måte som er beskrevet i ovennevnte US-patentskrift.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av en transformatorkjerne fra amorft båndmetall, karakterisert ved følgende trinn: a) vikling av minst ett kontinuerlig bånd av amorft metall om en sylindrisk dor til dannelse av en i begynnelsen rund kjerne, b) deretter sammenklemming av tverrseksjoner av den i begynnelsen runde kjerne på motstående sider av et forutbestemt tverrsnitt, slik at dette blir tilstrekkelig blottlagt for skjæring ved hjelp av et skjæreverktøy, c) skjæring helt gjennom det blottlagte tverrsnitt med skjæreverktøyet under samtidig påføring av et rustinhiberende, væskeformet kjølemiddel på kjernen og skjæretøyet på det blottlagte tverrsnitt, hvorved det dannes et antall usammenbundete, langstrakte bånd av metallet, d) frigjøring av den gjennomskårne kjerne og atskillelse av de usammenbundete bånd i et antall grupper som i deres motstående ender er utformet på en forutbestemt måte, e) sarnmenføying av gruppene til en stort sett ovalt formet kjerne ved først å forme og holde den ytterste gruppe i den ovale form og deretter suksessivt anbringe de resterende grupper, en om. gangen, inne i den ytterste gruppe slik at de motstående ender av hver gruppe danner et segment av en spesielt formet skjøt tvers over et tverrsnitt av den ovalt formete kjerne, f) forming av den ovalt formete kjerne til dens endelige form dersom den ikke allerede er i dens endelige form, samt- g) deretter gløding av kjernen mens denne samtidig utsettes for et magnetisk felt av forutbestemt styrke.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at kjølemidlet inneholder vann, og at de usammenbundete bånd neddykkes i en alkoholløsning og deretter varmetørkes før sammenføyning i gruppene.

3. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved at skjæretrinnet utføres med et slipende hjul fremstilt av aluminiumoksyd eller silisiumkarbid med harpiks- eller gummibindemiddel.

4. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at den endelige formete kjerne glødes i en spesiell atmosfære, som ikke er omgivelses-atmosfære, i ca. 2 timer ved en temperatur på mellom 340 og 370°C mens den utsettes for et magnetisk felt med en styrke på minst 5-20 ørsted.

5. Fremgangsmåte i samsvar med krav 4, karakterisert ved at den glødete kjerne først avkjøles fra dens maksimumstemperatur til ca. 150°C ved en hastighet på ca. l,67°C/min. (eller 105° C/h).

6. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående krav, karakterisert ved at skjæretrinnet styres og kjølemidlet tilføres på en slik måte at temperaturen i båndmaterialet som dannes ved skjæretrinnet forblir tilstrekkelig lav til at båndmaterialet beholder dets amorfe, ikke-krystallinske egenskap.