CN102364642A - 用于制造由非晶态金属制成的三角形变压器芯体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于制造由非晶态金属制成的三角形变压器芯体的方法，具体而言，涉及用于制造用于三相变压器(10)的芯体的方法，其中，芯体(14)包括三个框架(16)，三个框架(16)设计成被组合以使得各个变压器芯体支腿(18)包括两个框架支腿(18)，其中，变压器芯体支腿(16)以三角形构造布置，并且芯体支腿(20)的截面具有圆形或多边形形状，并且其中，芯体框架(16)由多层由低损耗磁性材料制成的至少一个连续卷绕的带(22)制成，其中，根据芯体支腿(20)的相应的层借助于激光器(24)切割来调节带(22)的宽度。
Description
技术领域
本发明涉及用于制造用于三相功率变压器的芯体的方法，其中，芯体包括三个框架，该三个框架设计成被组合以使得各个变压器芯体支腿包括两个框架支腿，并且变压器芯体支腿以三角形构造布置。
背景技术
变压器是通过以感应的方式联接的导体(变压器的线圈)将电能从一个电路转移到另一个上的装置。为了变换功率，三相变压器很久以前就已经开发出来了。三相变压器具有包括对齐(in line)且并联布置的三个或五个分支(limb)的芯体，并且各个分支的两端连接到公共磁轭上，在五各支腿芯体的情况下，三个内部分支设有线圈绕组，而外部分支也仅用作用于磁通以及内部分支的导体。在三个支腿芯体的情况下，所有三个支腿设有绕组。通常，借助于金属片来形成变压器，这些片堆叠或卷绕而形成变压器芯体。
特殊的变压器布置是其中变压器支腿和线圈布置在三角形的转角处的布置。那些分支已经连接到具有三角形的形状的磁轭上。此布置允许节省空间，提供对称地建立磁通，并且提供关于变压器芯体损耗的益处。那些三角形变压器被称为Hexaformer或德尔塔(Delta)变压器。这里，芯体由三个子芯体组装而成，各个子芯体形成为类似矩形框架，其中，三个子芯体中的各个由连续卷绕的钢叠片制成。通过剪切(Slitting)(其为机械过程)来进行对叠片宽度的调节，以获得需要的截面。
虽然这些变压器是节省空间的，但是其效率可改进。此外，这种变压器的制造是复杂且费力的。
发明内容
因此，本发明的目的是设计一种用于制造节省空间的变压器芯体的方法，该变压器芯体比本领域中的那些更高效，且这种芯体的制造不那么复杂和费力。
因此根据本发明的方法的特点在于这样的事实，即，借助于激光切割来调节钢条带的宽度，以获得截面的合乎需要的圆形或多边形形状。
因此，根据本发明的方法的特点在于这样的事实，即，设置成用于形成变压器的芯体的条带(tape)是非晶态金属条带，具体而言是非晶态钢条带。由非晶态钢制成的芯体具有更低的损耗。但是，由于非晶态结构的原因，非晶态金属的剪切和/或切割是困难的，并且需要一些技术知识。
根据本发明的基本思想是提供由非晶态金属制成的芯体部件，该非晶态金属通常可用作作为环形(endless)带条(ribbon)而设置的具有约25微米的厚度的薄片(foil)。那些薄片用于通过连续地盘绕带条来制造所述框架。因此，根据本发明，设置成借助于激光切割来将带条修剪成框架截面的合乎需要的形状。
因此，带条的卷绕及其修剪优选同时实现，因此框架部件的合乎需要的形状完全通过形成切割带条来实现。因而，切割工具定位成靠近卷绕机构，以便根据相应的层、关于芯体支腿的截面来限定带条的宽度。
根据本发明的一个实施例，卷绕带条层来形成框架通过卷绕机构来实现，该卷绕机构优选部分自动或完全自动运行。
根据本发明的方法的另一个实质特征在于，金属片层由非晶态金属制成。备选地，金属片层由掺杂有硅的钢(steel alloyed with silicium)制成，这种钢也相对较脆，但是不如非晶态金属那么脆。
最后，本发明的优选目的是提供具有根据前面所示方法制造的芯体的三角形变压器，其特征在于，当三角形芯体的制造已经完成时，将线圈卷绕在芯体支腿上。
虽然在传统变压器情况下线圈卷绕分开来进行，而在磁轭安装在芯体支腿上之前，完成的线圈容易在相应的芯体支腿上移动，但是对于三角形变压器，直接实现卷绕，因为框架的闭环(closed loop)不允许打开它，并且因此不可能预先制造线圈且将它移动到芯体支腿上。
由非晶态金属的变压器芯体的一大优点在于，关于磁通，这种芯体比由Si-钢制成的芯体具有更低的损耗，相应地，比其它低损耗铁合金具有更低的损耗。因此对于增加变压器的效率而言，使用非晶态金属是非常重要的。
在非晶态金属带条的情况下，因为材料的非晶态结构的原因，切割带条是困难的。与激光切割相比，机械切割效率相当低且不精确，所以根据本发明，优选实施例是使用激光束来将非晶态带条切割成适当的宽度。
在激光切割的情况下，待切割的宽度是可容易且精确地调节的。该过程允许有高的速度。可一次切割单个带条层或许多层。优选地，可行的是将激光切割装置放置成靠近卷绕机构，使得进行相应的切割，以根据相应的层、关于分支部件的截面的合乎需要的形状(其可为半圆形或多边形)来实现金属条带的宽度。
优选地，用于修剪非晶态带条的边缘的激光器是CO2激光器，或者其为固态激光器，其中，激光器的功率为至少2W，但是在具有更大的厚度的条带(例如由Si-钢制成的条带)的情况下，功率可更高。
如果切割许多层，则激光器功率可选择成使得层在切口处焊接在一起。这样做的益处在于，这会将层固定在一起，并且当卷绕子芯体时层更容易处理。因此，根据本发明的所要求保护的方法的另一个优点在于，根据其相应的层来修剪带条，以便获得框架部件的截面的合乎需要的形状。
根据本发明的激光切割方法不仅可应用来制造德尔塔芯体，而且可用于Hexaformer芯体。对于Hexaformer芯体，使用两个不同宽度的金属带来卷绕芯体环，该芯体环在其恰当地定位时提供六边形芯体支腿截面。第二宽度是第一宽度的一半，并且因此可容易通过在中间剪切带来制造。对于非晶态金属，激光切割也是进行切割的优选方法。
使用激光切割来制造三角形芯体特别优选是在非晶态金属的情况下，但是也可应用于Si-钢。
本发明的这些和另外的有利实施例和改进是从属权利要求的主题。
附图说明
借助于在本发明的附图中显示的本发明的各种优选实施例的实例，将更详细地说明和描述本发明的有利的实施例和改进以及本发明的特别优点。
在其中：
图1显示了设有卷绕在根据本发明的变压器芯体上的线圈的变压器的侧视图；
图2显示了根据本发明的变压器芯体的基部区段的俯视图；以及
图3显示了根据本发明的变压器芯体的带条的宽度的修剪的示意图。
部件列表
10 变压器
12 线圈
14 变压器芯体
15 变压器基部
16 框架、芯体部件
18 分支部件
20 芯体支腿
22 带条、条带、带
24 激光器
26 激光束
28 切割线
30 用于卷绕的前进方向
具体实施方式
在图1中，显示了变压器10的侧视图，该变压器10设有卷绕在根据本发明的变压器芯体14上的线圈12。变压器10由三个相同的框架16形成，该框架16形成芯体部件(core member)。
三个框架16放置在一起，以便形成三角形柱14，该三角形柱14为根据本发明的变压器芯体。
各个芯体部件16具有两条长边和两条短边，其中，两条长边是直的，并且形成分支部件18，其中，各个分支部件18放置成平行于相邻的框架16的相应的分支部件18，并且因此形成芯体支腿20。
此外，各个分支部件18的截面是或者半圆形或者多边形的，以便使芯体支腿20的截面完整以形成完全的圆或多边形。
在三角形变压器芯体14已经完成之后，将线圈12卷绕在芯体支腿20上。
图2显示了根据本发明的变压器芯体14的基部区段15的俯视图，其公开了变压器芯体14的三角形布局。除此之外，变压器10的这种设计是节省空间的，因为变压器芯体14需要小的基部。如可从图2中看到的那样，各个分支部件18的截面是半圆形的，并且与相邻的芯体部件16的分支部件18一起形成具有圆形截面的芯体支腿。
图3是带条或条带22的示意性俯视图，该带条或条带22设置成用于一层接一层卷绕变压器芯体14。为了实现分支部件18的截面的合乎需要的形状，需要相应地修剪条带，因为否则不可通过其中带条或条带22叠成多个层的叠片构造来实现该形状。
因此，必须修剪带条22的宽度来实现用于根据本发明的变压器芯体14的框架16的分支部件18的形状。根据本发明，借助于具有激光束26的激光器24来进行修剪，其中，优选将CO2激光器用于切割或修剪带条或条带22，并且其具有至少10W的功率。
激光束26沿着合乎需要的切割线28在带条或条带22上被引导，该切割线28对应于芯体环14的相应的层所需要的带条或条带22的宽度，其中，带条或条带22前进(闪标(flash)30)，以将框架16卷绕成芯体部件。
Claims (15)
1.一种用于制造用于三相变压器(10)的芯体的方法，其中，所述芯体(14)包括三个框架(16)，所述三个框架(16)设计成被组合以使得各个变压器芯体支腿(18)包括两个框架支腿(18)，其中，所述变压器芯体支腿(16)以三角形构造布置，并且所述芯体支腿(20)的截面具有圆形或多边形形状，并且其中，所述芯体框架(16)由多层由低损耗磁性材料制成的至少一个连续卷绕的带(22)制成，
其特征在于
根据所述芯体支腿(20)的相应的层借助于激光器(24)切割来调节所述带(22)的宽度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述条带或带(22)的所述激光器(24)切割与所述带(22)的卷绕同时进行，以便形成所述框架(16)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述芯体框架(16)的制造通过将第一带(22)卷绕在心轴上以及将至少一个第二带(22)卷绕在所述第一卷绕带(22)上来实现。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述芯体框架(16)的制造通过将至少一个不同的宽度的第二带(22)卷绕在所述第一卷绕带(22)上来实现。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述芯体框架(16)的制造通过组装卷绕的带(22)的至少两个环来实现。
6.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，用于修剪所述带(22)的所述激光器(24)具有至少10W的功率。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述激光器(24)是CO2激光器。
8.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述激光器(24)是固态激光器。
9.根据前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，由低损耗磁性材料制成的所述带(22)由非晶态金属构成。
10.根据前述权利要求1至8中的至少一项所述的方法，其特征在于，由低损耗磁性材料制成的所述带(22)由掺杂有硅的钢制成。
11.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，多个带(22)借助于激光器(24)来同时切割和焊接在一起，这导致所述框架(16)有一定的机械稳定性。
12.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，对所述变压器芯体(14)进行退火，以改进其磁性特性。
13.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，对所述变压器芯体(16)涂覆聚合材料，以提供机械稳定性。
14.一种根据前述权利要求中的至少一项所述的方法制造的变压器芯体，其特征在于，所述变压器芯体由三个框架(16)构成，所述三个框架(16)布置成以便形成三角形构造。
15.一种具有根据权利要求14所述的芯体的变压器，其在所述芯体支腿(20)上设有线圈(12)。
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