專利名稱：用于層疊變壓器鐵心的硅鋼片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造電機的鐵磁性的鐵心硅鋼片的方法。
背景技術(shù)：
電磁機、例如功率變壓器或電感器的工作，在結(jié)構(gòu)形式和使用的材料 方面要求電機的準確協(xié)調(diào)的設(shè)計方案。因此功率及配電網(wǎng)變壓器的鐵心經(jīng) 常由晶粒定向的鐵磁性硅鋼制成。這是有必要的，因為在鐵心內(nèi)傳播的與 時間有關(guān)的磁通量也會造成電損耗。 一方面在鐵心內(nèi)磁化方向的周期性反 向產(chǎn)生再^f茲化損失。還有，在鐵心內(nèi)感應(yīng)垂直于傳播的石茲通量定向的渦流。 因此，為了減小渦流損失，變壓器鐵心不是實心的，而是由晶粒結(jié)構(gòu)定向 的鐵磁性硅鋼的 一個個薄片層疊制成。
為了避免再磁化損失，將鐵心硅鋼片處置為，通過改進的晶粒定向以 及通過鐵心硅鋼片的表面處理構(gòu)成一個玻璃狀絕緣層，例如鎂橄欖石。晶 粒定向的硅鋼片由冷軋的熱帶材形成。包括中途脫碳、結(jié)晶和消除應(yīng)力退 火的冷軋，造成一種規(guī)則的具有鮮明的優(yōu)選磁化方向的冶金晶體結(jié)構(gòu)。
在結(jié)晶退火期間用氧化鎂表面處理，導致形成玻璃狀絕緣的覆蓋層(鎂 橄欖石)。然后涂敷含磷的溶液和接著干燥，構(gòu)成一個最終的絕緣層(磷酸 鹽)。這種絕緣層大多施加在晶粒定向的硅鋼片的兩個表面上。
減小再磁化損失，系統(tǒng)性地通過晶粒定向的改進和憑借激光、腐蝕或 機械處理的磁疇細化保證。減少渦流損失主要通過影響鐵心硅鋼片的磁性 有效厚度。鐵心硅鋼片越薄，渦流損失越小。為了避免渦流損失，不使用 實心的變壓器鐵心，而是將鐵心由比較薄的硅鋼片層疊構(gòu)成。
按傳統(tǒng)的方式，制造過程設(shè)計為，將晶粒定向的硅鋼片制成一種有時 多次冷軋的熱帶材，以及通過間隔地脫碳、結(jié)晶和消除應(yīng)力退火，制成一 種具有鮮明的優(yōu)選磁化方向的冶金改變的晶體結(jié)構(gòu)。表面處理造成上述玻 璃狀絕緣覆蓋層(鎂橄欖石和磷酸鹽)。
經(jīng)如此制造和處理的硅鋼片作為單層巻材在一個縱向剪切機內(nèi)切割成一些分巻。接著進行橫切或沖壓制成最終的用于變壓器鐵心的鐵心硅鋼片。 沖壓過程或在硅鋼片縱向剪切機的作業(yè)線內(nèi)部進行，或在一個單獨的沖壓 過程內(nèi)進行。如此沖制的鐵心硅鋼片，接著在一個鐵心鋪層設(shè)備內(nèi)，手工 或自動地疊層成變壓器鐵心。
例如US2002/0158744A1介紹了 一種設(shè)備和一種方法，用層疊鐵心硅鋼 片制造大型變壓器。
此外，US6416879B1公開了 一種相應(yīng)的含鐵的材料化合物，作為制造 鐵心硅鋼片的原材料，以便由此減小在用這種材料層疊的鐵心內(nèi)的再磁化 損失和渦流損失。
這同樣適用于DE4337605A1,它公開了 一種制造晶粒定向的硅鋼片和 由此制成的》茲心。
在按現(xiàn)有技術(shù)的所有方法和所使用的鐵心硅鋼片結(jié)構(gòu)中存在的缺點 是，如此制成的鐵心硅鋼片的寬度不允許小于0.23mm的最小厚度，因為要 不然在鐵心加工過程中材料機械負荷過大。這會導致降低這種受機械負荷 的鐵心硅鋼片的電磁特性。因此，基于所述的加工技術(shù)方面的限制，迄今 在相應(yīng)地用這些鐵心硅鋼片疊層的變壓器鐵心中，不可能進一步減小與鐵 心硅鋼片的這種寬度相關(guān)聯(lián)的渦流損失。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種方法，用這種方法制備厚度 較小的鐵心硅鋼片，這樣的鐵心硅鋼片即使在例如進行鐵心鋪層過程中遭 受機械負荷時，也不會降低它們的電磁特性。
本發(fā)明的上述技術(shù)問題通過專利權(quán)利要求1的特征得以解決。按照本 發(fā)明規(guī)定，由鐵磁性材料制成的第 一硅鋼片和至少 一個第二硅鋼片至少局 部分別用至少 一個絕緣層包裹，以及第 一硅鋼片的絕緣層和第二硅鋼片的 絕緣層借助連接層互相連接。通過在各個硅鋼片之間采用連接層，帶來的 優(yōu)點是使如此制成的鐵心硅鋼片有一種層狀結(jié)構(gòu)，并因而在用按照本發(fā)明 的鐵心硅鋼片層疊的鐵心中使渦流損失明顯減小。與傳統(tǒng)的只由 一個硅鋼 片構(gòu)成的鐵心硅鋼片不同，按照本發(fā)明的方法制成的鐵心硅鋼片由包括一 些硅鋼片的層構(gòu)成。連接層在這里保證一個鐵心硅鋼片的一些硅鋼片的層 疊結(jié)構(gòu)也能耐受鐵心硅鋼片例如加工過程的機械負荷，或在鐵心夾緊時的
5機械負荷。
按該方法的 一種有利的設(shè)計，絕緣層是一個尤其由鎂橄欖石或鐵橄欖 石冶金制成的覆蓋層。認為有利的是，在絕緣層之間的連接層是膠粘層。 在各硅鋼片之間使用固定物質(zhì)， 一方面保證絕緣層之間并因而保證各硅鋼 片之間持久連接。而且渦流損失也可以明顯減小。與此同時，4失心硅鋼片 的這種層疊結(jié)構(gòu)保證鐵心硅鋼片有高的機械穩(wěn)定性和在加工過程中不會受 到限制。
連接層必須持久地耐礦物油、Midel(酯)和/或硅酮，在從-75。C至+200 。C的溫度范圍內(nèi)是耐溫的，以及強力粘附在硅鋼片上。由固定后的硅鋼片 組成的層疊結(jié)構(gòu)必須是柔韌的，以及可以通過普通的縱向和橫向剪切過程 加工。固定層的硬度應(yīng)不會導致增加鐵心硅鋼片切割工具的磨損現(xiàn)象。
按該方法的 一種有利的設(shè)計規(guī)定，連接層是絕緣層之間的 一個冶金制 成的層，它尤其通過短暫的結(jié)晶退火制成。在鐵心硅鋼片的硅鋼片上的絕 緣層按傳統(tǒng)的方式通過對硅鋼片表面的冶金處理造成，例如通過表面酸洗 或腐蝕。因為硅鋼片的熱處理對于在表面構(gòu)成絕緣層是必要的，所以迄今 的加工方法也可以利用于在各絕緣層之間制成連接層。
有利地，絕緣層和/或連接層有一種機械結(jié)構(gòu)，它有利于鐵心硅鋼片的 機械穩(wěn)定性。通過在連接層內(nèi)夾入一種例如在飛機結(jié)構(gòu)中的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可 以提高連接層的機械穩(wěn)定性。這同樣適用于使用不同的材料作為構(gòu)成連接 層的固定物質(zhì)。絕緣層通過添加另 一個網(wǎng)狀層和/或通過硅鋼片的與位置有 關(guān)的表面處理，也可以機械穩(wěn)定性方面增強。
認為有利的是，第一硅鋼片用絕緣層包裹，接著在該硅鋼片的上側(cè)和 下側(cè)涂敷連接層，以及在第一硅鋼片上借助壓輥分別在硅鋼片絕緣層的上 側(cè)和下側(cè)壓緊一個包裹有絕緣層的第二硅鋼片。有利地，在鐵心硅鋼片內(nèi) 的硅鋼片和/或絕緣層和/或連接層是可變的，所以也可以在鐵心硅鋼片的層 疊結(jié)構(gòu)中顧及結(jié)構(gòu)和/或才幾電方面的既定條件。
所述的層疊可以集成到現(xiàn)有的生產(chǎn)過程中?；?qū)蓚€或更將多個單層 整巻層疊為一個層疊的整巻，此時已層疊的整巻用作縱向剪切過程的原材 料。與之不同，可以將兩個或更多個在寬度上已分割的單層的部分寬度巻 層疊為一個層疊的部分寬度巻材，此時已層疊的部分寬度巻材用于隨后的 橫向剪切過程(沖壓過程)。同樣可以設(shè)想，將兩塊或更多塊沖壓后的單片層疊為一塊層疊的鐵心片。
按照本發(fā)明的方法提供的優(yōu)點是，可以使用比傳統(tǒng)的方式所使用的更
小的片厚(薄片厚度0.23mm)。由此可以在結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)成本保持相同的情 況下，達到系統(tǒng)性地減小鐵心內(nèi)的渦流。此外，按照本發(fā)明的方法不需要 改變迄今的鐵心硅鋼片的生產(chǎn)過程和現(xiàn)有的鐵心鋪層方法。
所述技術(shù)問題同樣通過權(quán)利要求14所述的特征得以解決。按照本發(fā)明 規(guī)定，鐵心硅鋼片由一個個硅鋼片構(gòu)成，其中，硅鋼片分別有一個絕緣層， 以及絕緣層通過連接層互相連接。按鐵磁性鐵心硅鋼片的一項有利的設(shè)計 規(guī)定，連接層是膠粘層。與之不同，連接層是硅鋼片的各絕緣層之間的一 種冶金連接。也可以組合不同的連接方式用于鐵心硅鋼片不同的連接層。


在其余從屬權(quán)利要求中說明其他有利的措施；下面借助實施例和附圖 詳細說明本發(fā)明。其中
圖1示意性示出按照本發(fā)明的層疊硅鋼片的制造方法；
圖2示意性示出已經(jīng)沖壓的鐵心硅鋼片的層疊過程；
圖3示意性示出了三個經(jīng)冶金處理后有絕緣層的硅鋼片的層狀結(jié)構(gòu)， 這三個硅鋼片通過膠粘層互相連接；以及
圖4示意性示出按照本發(fā)明包括三個平行排列的硅鋼片的鐵心硅鋼片 結(jié)構(gòu)，這三個硅鋼片借助作為連接層的 一種冶金連接互相連接。
具體實施例方式
圖l表示層疊的硅鋼片10、 11、 12按照本發(fā)明的制造方法的示意圖。 一個中央硅鋼片l(H皮噴灑一種固定劑50,該硅鋼片IO或已有一個經(jīng)冶金 處理的表面，或有一個另外涂敷的絕緣層20 (沒有表示)。施加在中央硅鋼 片10的外部絕緣層上的膠粘材料構(gòu)成連接層30，在中央硅鋼片IO上側(cè)和 下側(cè)的連接層30上施加其他硅鋼片11、 12。在各硅鋼片10、 11、 12的絕 緣層20、 21、 22之間，通過壓輥40壓實如此構(gòu)成的連接層30，并由此在 各個硅鋼片10、 11、 12之間制成持久和長壽命的連接層。因此， 一方面獲 得制成的鐵心硅鋼片60的機械穩(wěn)定性。此外，硅鋼片10、 11、 12的這種 成為一個鐵心硅鋼片60的層疊結(jié)構(gòu)減小了鐵心硅鋼片60迄今加工技術(shù)上
7的0.23mm的極限，從而在這種情況下可以進一步減小渦流損失。
圖2表示按照本發(fā)明的方法應(yīng)用于制造已經(jīng)沖壓的硅鋼片10、 11、 12， 這是生產(chǎn)鐵心硅鋼片60的出發(fā)點。如在圖1所示的方法中那樣，在沖壓的 硅鋼片10的(未示出的)絕緣層20兩側(cè)施加構(gòu)成連接層的連接物質(zhì)50。 在連接層30上，將與沖壓的硅鋼片IO對應(yīng)的其他硅鋼片11、 12放置在該 硅鋼片IO的上方和下方，并借助壓輥40壓緊。由此使相應(yīng)的鐵心硅鋼片 60得到一種層疊結(jié)構(gòu)。
圖3和圖4示意表示如此制成的鐵心硅鋼片60的結(jié)構(gòu)。在圖3中鐵心 硅鋼片60的各個硅鋼片10、 11、 12借助固定物質(zhì)50互相粘結(jié)。
因為膠粘劑為連接層30提供附加的絕緣作用，所以可以在連接層上取 消硅鋼片的絕緣層20，在這種情況下絕緣性僅由連接層30和絕緣層21及 22保證。與之不同，在鐵心硅鋼片60的硅鋼片10、 11、 12之間的連接層 30也可以通過冶金方法，例如對各硅鋼片10、 11、 12進行退火相互保證。 在這里，各個絕緣層20、 21、 22成為彼此的一種冶金連接。
權(quán)利要求
1. 一種用于制造電機的鐵磁性鐵心硅鋼片(60)的方法，其特征為將由鐵磁性材料制成的第一硅鋼片(10)和至少一個第二硅鋼片(11)借助連接層(30)互相連接。
2. 按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征為，所述硅鋼片(10、 11 )至 少部分被絕緣層(20、 21)包裹，以及第一硅鋼片(10)的絕緣層(20) 和第二硅鋼片(11)的絕緣層(21)借助連接層(30)互相連接。
3. 按照權(quán)利要求l或2所述的方法，其特征為，絕緣層(20)是一個 冶金制成的覆蓋層，尤其用鎂橄欖石或鐵橄欖石冶金制成的覆蓋層。
4. 按照權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征為，在絕緣層(20、 21、 22)之間的連接層(30)是膠粘層。
5. 按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征為，連接層(30)高粘性地粘 附在硅鋼片上。
6. 按照權(quán)利要求4或5之一所述的方法，其特征為，連接層(30)可 以機械切割以及是柔性的。
7. 按照權(quán)利要求4至6之一所述的方法，其特征為，連接層(30)在 從-75° C至+200° C的溫度范圍內(nèi)是耐溫的。
8. 按照權(quán)利要求4至7之一所述的方法，其特征為，連接層(30)耐 礦物油、Midel (酯)和/或石圭酮。
9. 按照權(quán)利要求4至7之一所述的方法，其特征為，連接層(30)是 絕緣層(20、 21、 22)之間的一個冶金制成的層，它尤其通過短暫的結(jié)晶 退火制成。
10. 按照權(quán)利要求1至9之一所述的方法，其特征為，硅鋼片(10)具 有晶粒定向。
11. 按照權(quán)利要求1至IO之一所述的方法，其特征為，絕緣層(20) 和/或連接層(30)具有一種機械結(jié)構(gòu)，并因而有利于鐵心硅鋼片(60)的 機械穩(wěn)定性。
12. 按照權(quán)利要求1至11之一所述的方法，其特征為，第一硅鋼片(10) 用絕緣層(20 )包裹，接著在該硅鋼片(10 )的上側(cè)和下側(cè)涂敷連接層(30 ), 以及在第一硅鋼片(10)上借助壓輥(40)分別在該硅鋼片(10)的上側(cè)和下側(cè)壓緊一個包裹有絕緣層(21、 22)的第二硅鋼片(11、 12)。
13. 按照權(quán)利要求1至12之一所述的方法，其特征為，在鐵心硅鋼片 (60)中硅鋼片(10)和/或絕緣層(20)和/或連接層(30)是可變的。
14. 一種用于電機的鐵磁性的鐵心硅鋼片(60),其特征為鐵心硅鋼 片(60)由一個個硅鋼片(10、 11、 12)構(gòu)成，其中，所述硅鋼片(10、 11、 12)分別具有絕緣層(20、 21、 22)，以及所述絕緣層(20、 21、 22)通過 連接層(30)互相連接。
15. 按照權(quán)利要求14所述的鐵磁性的鐵心硅鋼片(60)，其特征為，所 述連接層(30)是膠粘層。
16. 按照權(quán)利要求14所述的鐵磁性的鐵心硅鋼片(60),其特征為，所 述連接層(30)是所述硅鋼片(10、 11、 12)的各絕緣層(20、 21、 22) 之間的一種冶金連接。
17. 按照權(quán)利要求15或16之一所述的鐵^磁性的鐵心硅鋼片(60)，其 特征為，作為連接層(30)可以采用不同的連接方式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造電機的鐵磁性的鐵心硅鋼片的方法。本發(fā)明同樣涉及一種鐵磁性的鐵心硅鋼片(60)。通過一種由硅鋼片(10、11、12)組成的層疊結(jié)構(gòu)以及這些硅鋼片借助連接層(30)、尤其膠粘層連接，可制成一個個硅鋼片層厚很小的鐵心硅鋼片。因此用這種鐵心硅鋼片制造電磁機的層疊鐵心可以有小的渦流損失。
文檔編號H01F27/245GK101438358SQ200780016392
公開日2009年5月20日 申請日期2007年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月12日
發(fā)明者喬切恩·克里斯琴 申請人:西門子公司