本发明涉及到诸如配电变压器类电感设备的磁心和心线圈组件，更具体地说涉及到用非晶金属构成一种有接缝的磁心的方法。 非晶合金用作电力变压器磁心显示出具有较低的空载损失，例如市场上常见的阿莱德麦特格拉斯产品（Allitd Metglas Product）2605SC和2605S-2即是。因此，在制造电力配电变压器的磁心方面，对利用非晶合金取代常规的取向性硅钢片引起了重视。虽然用非晶金属比用常规的取向性硅钢片需要较高的初投资，然而由于它降低了损耗，所以这项投资差额可以由变压器的整个运行寿命中节省的能源损耗完全抵偿。
但是，非晶合金不能简单地在变压器制造过程中代替常规的电工钢，非晶金属所具有的产生许多制造问题地特性必须在生产线以前给予经济地解决，这样则应用非晶金属磁心的变压器才容易在市场上占有地位。
例如，非晶金属很薄，标称厚度约1密耳，非晶金属也很脆，尤其是在消除应力退火后更脆，这种退火对应用非晶金属做成的磁心来说是必须的，因为非晶金属对应力十分敏感。非晶金属被卷绕后，或者形成适合于配电变压器磁心的形状，其空载损耗增加的相当大，那么低空载损耗特性即靠消除应力的退火来恢复。
非晶金属带材薄而脆，在形成常规磁心接缝方面也是一个难于制造的问题。当采用无接缝磁心来解决这项接缝问题时，则会使电气线圈复杂化，常规电气线圈是在常规磁心接缝被封闭前围着磁柱直接圈绕的，而这种线圈对于一个无接缝磁心是不能应用的。在一个非切割非晶磁心柱上直接绕制高压和低压线圈的工艺是行之有效的，不过通常这些工艺增加了制造投资并使生产线复杂化。
非晶金属磁心的另一个在制造中成为问题的特性是卷绕后制成的磁心柔性过大。例如，非晶金属绕成的磁心自己不能支撑，撤除卷绕磁心的心轴后，如果卷线的轴线没维持在垂直方向，则该磁心将因自重而塌陷。
按照本发明，用非晶金属制造一种带接缝磁心的方法包括的步骤为：卷绕一条非晶金属带围绕一个开口形成具有多层圈的封闭环;将所述封闭环以一定指向置于一个支撑面上，该指向能够借助非晶金属的固有柔性在该封闭环的非支撑部位造成环的开口塌落，并形成一个凹环;将至少层圈的一层从凹环提升出来于是在该至少一层被提升的层圈和该凹环其余部分之间提供一个间隙;切除所述的至少一层提离的层圈;以及重复提升和切除步骤，直到切除全部层圈。
通常，用非晶金属带卷成磁心后，支撑心轴即被撤除，该卷绕轴线为水平线，该磁心置于一个允许其塌陷的支撑面上，该磁心的未被支撑的部分即形成一个凹环，利用该凹环形成层切操作的间隙。将各层圈从凹环提升出来并进行机械切割，或利用电磁幅射光（例如激光）切割。如用机械切割，则可以一次提升若干圈，例如一次提5、10或15圈，并且可以同时切割被提升的各层圈。如果用激光切割，则将一个层圈提升到激光的焦点进行切割。当预定圈数的层圈在整卷上预定的圆周部位切割完毕后，就指引切割装置或磁心来变换切割位置。重复该提升、切割和指引三个步骤直到整个磁心构件被切完，切割模式能够在切好的各层圈逐次分别装上高压、低压线圈后形成一个具有低损失的台阶形叠缝。
本发明的一个较佳实施例为，或用磁吸力或用磁斥力从该凹环中提升或分开一层或多层最外层圈。
如果切割步骤采用机械装置，例如用剪刀或剪切装置，提升步骤中以提升一组层圈较好。从该凹环中每次提升出一组层圈，用一种合适的切割装置前移到选定的层圈数中的各切割位置，并同时切割选定的被提升的各层圈，然后使机械切割装置退回，不防碍下次提升工序。根据各次切割之间的要求，或是指示磁心环或机械切割装置，或是按垂直于前行和后退的运动方向以台阶式退回和前移，建立所期望的台阶式叠盖模式。
如果切割步骤是用激光实现，磁场可以提升若干层层圈，但是仅将最外层圈被准确地提升到激光焦点，并被一机械止档定位。然后切割该层圈，其端部离开该切割位置，以使下一层圈自动定位到该止档处。在预定数目的层圈在磁心的预定圆周切割完成后，激光被指引（如用一面镜子），或磁心按要求被指引、定位在所要求的台阶模式的下一步位置。
现结合实例和以下附图阐述本发明于后：
图1透视图说明用于以非晶金属构成磁心的方法中第一步所用的设备;
图2为用图1所示设备卷成的一个闭路磁心环的剖面图;
图3为图2所示闭路磁心环的平面视图，卷绕心轴已撤除，图3说明在该卷绕好心环的预定圆周处夹住或固定住该磁心的层圈，例如绑扎住端部;
图4为图3所示磁心在一合适的支撑夹具中的剖视图，卷绕轴线为水平布置说明磁心在其自重作用下塌陷及在心环的非支撑部分形成凹环的情况;
图5说明由于磁吸力而将预定层数的最外层圈从卷好的心环的凹下部分提升起来的情况;
图6说明利用磁吸力从卷好的心环的凹下部分提升一些最外层圈的另一方法，这是利用磁斥力提升并扇开一组层圈;
图6A是图6所示一台机械切割设备的横断面图，说明一台剪切装置的刀片之间保持零间隙的情况。
图7为图5或6所示磁心的一个剖面图，说明一个机械切割实施例，包括的步骤为：送一台切割装置到位，同时切一组层圈，该层圈是前一步中从该凹下的心环中提升起来的;
图8为图7所示的磁心经过多次提升和切割步骤之后的一个剖视图，说明圆周指引心环或切割设备，建立所期望的磁心接缝台阶模式，该接缝是逐次形成的;
图9为图5或图6所示磁心的一个剖面图，说明本发明的一个激光切割实施例;
图10为图9所示的磁心透视图，该磁心是经过提升、切割和各指引步骤切完整个磁心构件后，将切成的全部层圈平叠放在支撑表面上的;
图11为图10所示切割后层圈的剖视图，说明在该叠层圈翻转之前被夹持的情况;
图12为图11所示切割层圈叠堆的剖视图，该叠堆是在已翻转并放在一支撑夹具上定好位的;
图13为图12所示切割层圈叠堆剖视图，该层圈是围绕支撑夹具塌落下来的;
图14为图13所示切割层圈叠堆剖视图，说明施加压力使各层圈紧压在一起以及抵着该矩形支撑夹具三个边的情况;
图15为图14所示的切割的心环和支撑夹具剖视图，它们已围绕磁心卷绕轴线的水平方向旋转180°，而且在该心环的新的上面部分形成一台阶接缝，建立起以后装配高压和低压线圈时的磁心形状;
图16为图15所示磁心接缝区的局部放大剖视图;
图17的剖视图说明示于图15的磁心在一台炉中承受除应力退火操作过程;
图18为说明示于图17的磁心在除应力退火步骤后的透视图，说明围绕磁心环全部面积层圈压实的情况，但包括磁心接缝的轭部除外;图19为图18所示压实的磁心的剖视图，该磁心接缝已打开，线圈组件已就位在磁心腿部;
图20为图19所示电力线圈组件的局部透视图，说明线圈组件在下一制造步骤中防止空气悬浮的外来物质进入线圈组件的一步方法;
图21为图19所示磁心的接缝已闭合及磁心轭部带接缝的各圈已压实的剖视图;
图22为图21所示磁心的轭区的放大剖视图，说明压实工序另一实施例。
图1示出用设备10完成一个非晶合金磁心的新制造法的开始步骤。该设备10包括一个卷线机12，它具有一个卷盘或卷轴14，由卷线机12带动旋转。在较佳实施例中，该磁心首先绕成环形，因此卷轴14具有环形外廓。卷轴14是可拆卸型的，可以使磁心材料直接缠绕在所设的卷筒、卷线芯框或卷线管16上。如果用卷线管16，它可是环形、圆柱形、圆管形元件，带有可在绕线步骤之后拆除的可拆卸构件18，以提供圆周上的间隙。卷线管16和绕在其上的磁心环从卷线机卷轴14上拆除后，卷线管16即限定出环形磁心环的开口或窗口20的尺寸。
绕有连续的非晶金属带24的线轴22安装在卷线机12附近的一个合适的放线支架26上，于是金属带24可用一可控的张力从线轴22拉出，并卷在卷线管16上。图2是卷线机12的局部剖视图，示出具有多层层叠或嵌套的层圈30的连续心环28绕在卷绕轴心线32上的情况。
所要求层数的层圈30已达到围着心窗20形成磁心尺寸后，心环28和卷线管16即可从卷线机12上取下。
下一步方法示于图3，该图为心环28的平面图，该心环已平放在水平取向的支撑面34上。在这一步骤中，各层圈30在一预定的磁心环28的圆周内保持在一起，这就可以在下一步使各层圈30仍保持相同卷绕位置进行切割。如各图所示，可以如下述固定各层圈的这种位置，即在心环28支撑在支撑面34上之后，将可拆卸件18从卷线管16上取下，以给横跨心环的临时夹具36提供空隙。一经夹住，即用涂有适当粘合剂（例如压合胶）的窄带38跨贴在层圈30的相邻接的各边上。在心环的一个轴向端贴好一根带，即将相同的另一根带贴在心环28的另一轴向端同等的圆周位置上。若不用粘合剂粘合，则可用机械夹具36，但不能妨碍下述的各步骤。层圈定位固定后，卷线管16即可从心窗20撤出。
参照图4心环28剖视图说明的下一步工序是将心环28放在一个带支撑板42的适当支撑装置40上重新定向，这就使内侧无支撑的心环28（带有处于心环28中心位置的粘合带38或其它适宜的夹具）的卷绕轴线32成为水平位置，心环28被支撑板42直接支撑住。
心环28在这个方向自身不能支撑，由于心环的非支撑部分塌陷而改变了心窗20的形状，而且使心环28外表面出现一个凹部44。设置了间隔止档48、50及撑杆52、54、56和58，以助于定位并支持心环28。心环28的过分柔性通常对制造不利，需要强制的制造步骤来防止心环塌陷。本发明利用磁心柔性的这种特点，提供一种制造带接缝非晶金属磁心的新的、改进的方法。
更详细地讲，利用该凹环44来提供分开和切割该各层圈30的空间。预定层数的层圈（例如靠近凹环44外表面46位置的1到15层）可从凹环的其余层圈30提升起来，这就提供了一个空档，可使一台机械切割设备置位，以切割提升的各层。另一方法是分开层圈时只将一层层圈提升到激光切割焦点，切割该片时对不投入切割的邻近层圈无不利影响。在本发明的用机械切割的实施例中，是利用磁力从层圈30中分开一组层圈的。图5所示的心环28的剖视图中，层圈30最外部的一些层圈是按照本发明实施例采用磁力吸引原理提升的。例如，将一个或多个电磁铁60和62（可为永磁铁或电磁铁）选定预定的磁力。将该磁铁定位到进行电磁吸引处，提升起所要求的层圈30的层数，实质上定位到图5所示的水平位置。这样就在提升的层圈30和该凹面44之间建立一空档64，从而使切具在提升起的层圈30的上面和下面进入切割位置。
图6为心环28的透视图，说明另一个电磁提升实施例，即从心环28的凹部44将一组层圈30电磁提升实施例。在该实施例中，利用电磁斥力来提升和扇开一组层圈30，所有被提升的层圈30都被提升到一台机械切割设备66的为同时进行切割所选定的平面上。用电磁提升或扇开一组选定的层圈30，举例来说可以用第一对和第二对磁棒来完成，该磁棒可放在磁心环28的轴线的相对两端，第一对磁铁为68和70，第二对磁铁为72和74。磁铁的上端选为同极性，即北极或南极。
如图6和图7的心环28剖视图所示，在提升一组层圈30的步骤进行之后，机械切割设备66可以平行于磁心卷绕轴线32的方向进入层圈的切割位置，如箭头76所示，具有剪刀或剪切装置的切割设备66，包括第一刀片77。该刀片77前行到空档64。切割设备66还包括第二刀片78，此刀片定位在第一刀片之上，也是在提升起的层圈30之上。
图6A是刀片77和78的剖面图，该图还示出与各刀片分别连在一起的刀架81和79。本发明的较好剪刀切割方案是保持刀片77和78之间的零间隙，如图6所示是利用了一个带弹簧的推力轴来保持刀片77和78在剪刀装置的可转动终端彼此接触。图6中的箭头85指示该可动刀片78对着固定刀片连续地偏压。当进行切割位置时，下刀架81进入到一个固定导向元件83中。上刀架79在靠近其非支撑端有一斜面81，该斜面与剪切器的驱动器接触，驱动器可为一空心圆柱。斜面的斜度应这样选择：使有效构件对着下刀片77偏压可转动的上刀片78的外端，以保证整齐地切割或断开硬而脆的非晶质钢，甚至在一次同时切割许多层圈时也一样。
进到切割设备66的刀片77和78之间的提升的全部层圈30同时被切割。切割后的各层圈可借助永磁铁或电磁铁的磁吸力移开，获得一叠由粘合带38定位的层圈。另一方案是切割后的层圈借助气动源80移开，该气源按时通过切割设备66第一部分的刀架81中的小孔中吹出气体。
如图8所示的心环28的剖视图，心环28或切割设备66沿着心环28的圆周并在凹面44之上指引到垂直于卷绕轴线32的方向。按要求提供预定的台阶模式。例如，如图6所示，支撑装置40可装在一个底座82上，该底座能指引装置40向后或向前，如双箭头84所指;并且能指引向上或向下，如双箭头86所指。上、下动作可由高度控制器88进行，例如它可具有一个光纤传感器90。心环28或切割设备66可以在每一次切割后，每两次切割后等等被指引移位，这要取决于一次提升和切割多少层圈30并在改换接缝位置之前沿着同一平面打算切割多少层圈。在图8中对切割设备66画有8个不同位置，但可采用任意一个步骤。在本发明较佳实施例中，提升步骤的安排为一次提升并切割5到10层层圈30，在每次切割后，或每两次切割后，该切割设备66被指引移位。可指引心环28或切割设备66经过全部切割位置后返回原切割位，或是按要求以相反方向“指引并切割”而返回到原位。图8表示出切割后的层圈30被扇开，以便于说明切割的层圈。图10为叠堆92中的切割的层圈30透视图。粘合带38的作用从图10中容易看明白，图10说明磁心成品被切成多层台阶模式，全部层圈30都被切成这种模式。粘合带38使每次切割的层圈30保持其原位关系。
图9说明本发明用激光切割的实施例剖视图。图6的电磁扇开实施例对用激光切割是极好的，当用电磁斥力分开各层圈时，能够在一次对着止档94和96提升一层圈，该止档分别作用于使一层层圈30保持在激光源98的焦点处。
激光束100每次切割一层圈30，并用适当的装置将切开的两端移开原位，例如，如图9所示，可以用磁铁102和104去吸引并移动两端部，如箭头106和108所示，自动地使下一个未切割的层圈30对着止档94和96进入切割位置。因此，在一个较佳的激光切割实施例中，虽然一次仅切割一层层圈，但是过程是很快的。
在预定位置切割完所要求层数的层圈30后，即改变切割位置，以提供下一阶磁心接缝模式。这可以按双向箭头110所示方向借助指引心环28来实现，或借助激光束100的指引来实现。在各切割步骤通过磁心构件进行之际，激光源28和止档94、96可以按激光束100的方向被指引，便于按双向箭头所示方向提升每层层圈30到激光焦点处，或按另一方案，即按图6实施例所揭示的利用一台光纤高度控制器垂直地定位一个支撑心环28的基座。
在方法的下一步骤，叠堆92必须进行上下翻转，这一步可借助一个能从一个垂直方向位置转180°到另一个垂直位置的夹具来实现，或如图11和12所示，可将叠堆92夹住作上下翻转。图11是切后层圈30的叠堆92被夹在支撑夹具40的支撑板42和一对分开的板元件114和116之间的剖视图，它可以使该叠堆92上下翻转成图12所示的叠堆92的指向。切后层圈30的叠堆放在一个金属的退火心框118上。心框118具有矩形外廓构成的空心断面形状，分别包括有第一和第二腿部120和122，以及第一和第二轭部124和126，它们界限出一个窗口128。切后层圈30的叠堆92按图11所示被夹住后，置于心框118的轭126上，这时粘合带38位于轭部126的中间位置。板元件114和116的间隔可使叠堆92直接与心框118的轭接触。往心框118界限出的窗口128插进一个合适的支撑元件130，然后撤出板元件114和116，于是叠堆92的切后层圈30由于其过分柔性自动地弯附到心框118的外廓上，分别形成包括粘合带38部位的轭部132、邻接到心框118的腿部120和122的第一和第二腿部134和136。
图14是切后层圈30的叠堆92在板元件114和116撤出后的剖视图。例如，将夹具138（可以包括一个空心圆柱）对着心轭132放置，将全部层圈30夹持在夹具138和心框118的轭126之间。在将层圈30紧压在一起的同时，从心轭132开始围绕角140和142弯折，用夹具144和146（可用于夹具138）将层圈30对着心框118的腿部120和122紧紧压住。
在图14所示的夹紧状态，将加工中的心环转动180°，例如绕着横向轴线148旋转变成图15所示的方向，若将叠堆92作上下翻转用的是一个转动夹具，则可用该同一夹具将心环作上下翻转。在这种夹具中，支撑件130可与该夹具构成一个整体。然后将层圈30的两端围绕着心框118的轭124折叠，形成一个具有台阶模式152接缝的心轭150。
图16是示于图15的台阶模式152的局部放大图，表示可采用的台阶叠盖模式范例。该台阶叠盖模式152可具有这种基本模式所要求的台阶数和台阶之间所要求的尺寸。本例模式152具有8层台阶154、156、158、160、162、164、166和168，然后可以再有若干层台阶，而每阶具有多层层圈30，例如5到10层。台阶之间的示范尺寸为0.5英寸（12.7毫米）。在每阶上形成的接缝被邻接的层圈30所叠盖，这就是所谓的台阶叠盖接缝。然后，制出的矩形封闭环170准备除应力退火步骤，例如，如图17所示，把钢板171、173、175和177对着心环170的腿及轭部外表面放置，然后可以将心环170（已装好各支撑板）用金属带或外包扎179缠牢，以使心环170在图17所示的除应力退火步骤中牢牢地保持闭合状态。
图17是一台炉子172的剖视图，其中装有多个矩形封闭磁心环，例如图15所示的封闭心环170即是。心环170窗口128的轴线32可以是图示的水平方向，或根据要求也可以是垂直方向。对适用于电工频率磁心的非晶钢进行除应力退火的典型工序包括将磁心环170加热预定温度，例如360°到380℃，是在惰性气体中进行的，例如氮气、氩气、氦气或类似的气体，在除应力退火全部过程中，炉172中充满这种气体。达到预定温度后，心环在该预定温度下保持一定时间，例如约2小时。然后，可将心环冷却到约200℃，以后可将它们从炉172保护气氛中取出。在除应力退火操作期间的选定时间，对心环170施加电磁场，使之磁饱和，例如可用图示的导电体174环绕心窗128布置进行。已发现磁场以大约10奥斯特为宜。
随着图17所示的除应力退火，将包含有台阶接缝152的磁轭150牢牢夹紧在一起，如图18所示是用夹紧元件176和178进行的。这样一来，心环170即被加固而成一个自支撑结构。但是，在方法的这一步中应注意勿使有接缝152的磁轭150处发生任何边缘粘连，这种粘连如图18中断面线区180所示。例如，可用紫外固化树脂（如美国专利4，481，258所披露的一种）和纤璃板维玻（即玻璃丝板）加到粘连的磁心区，紫外固化树脂在紫外线照射下不待树脂渗入层圈30就很快胶固。
现在准备在心环170上组装预制的线圈组件182和184，如图19所示，每个线圈组件182和184包括高压绕线和低压绕线部分。根据卷绕心环170所用非晶金属带24两侧边之间的测量值，若磁心环170不合乎所需深度，则可采用一个以上的心环来配置成最终心环结构。这样配置的多个心环，其心窗应为一线排列，磁心则紧紧彼此相对放置。在磁心两搭接面之间可垫上尿烷泡沫塑料片。打开心环接缝152，使有接缝152的磁轭150上的未固结层片垂直向上伸开。这些未固结的层片部分可支撑在合适的装配夹具186和188之内，以防止各层片损坏，这些层片在除应力退火操作之后变得更脆。然后，可将线圈182和184分别套装在夹具186和188的上端，这两端即是切后层圈的封闭端，心框118的轭部124撤除后，可将线圈组件推移到所要求的磁心腿上的位置。
图20是一个磁心腿的局部透视图，仍与装配夹具186连在一起，该图说明线圈组件（例如线圈组件182）的上表面在下一步制造工序可防止被空气中的杂质污染。一片绝缘片或膜190，例如一片聚乙烯片，切出一个小开口，其大小足够使片190紧贴穿过夹具186向下拉，并盖住线圈组件的上表面，再开一个小开口，以使电力线穿过该保护套。
然后，把心框118的轭部124放回原位，精确地将台阶叠盖的接缝152改造成相同于除应力退火期间所具有的外形，并将该接缝区固结住，如图21的断面线所示。固结磁轭150和接缝152可采用图18所示固结心环170的方法。
图22是示于图21的磁心环170的局部视图，说明用于固结磁轭150的另一种步骤。不是固结磁轭150的整个表面，而是在叠盖接缝152区用绝缘片元件194（例如玻璃布）包敷住心环170的一边或两边，而将角140和142固定住，绝缘片元件不必浸渍固化树脂。元件194的两边可用树脂贴牢到磁轭150上，但其表面主要部分不浸渍，以提供多个小的开口与心环170的层圈相通。这样的结构为的是在以后各制造阶段除去心环中的全部空气，而替换为适当的绝缘介质，例如矿物油。
本发明的方法到此结束，制造出图21或22所示的线圈组件196，然后即可按先有技术对该线圈组件进行处理，以提供一台电力变压器成品。