CN102549681A - 变压器铁芯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造变压器铁芯(200)的方法。按照本发明，相互邻接的叠片边棱借助于冷喷涂通过可磁化材料相互连接。由此可以使磁通保留在变压器叠片内部，而不必转换到相邻的变压器叠片。也可以在变压器叠片中避免平面的涡流电流，并且减少了电损失以及变压器运行过程中的铁芯噪音。通过使用冷喷涂方法例如可以基于纳米结晶的或无定形的材料形成连接材料。优选在连接一个变压器叠片的两个叠片边棱之后并且在连接位于其上方的下一变压器叠片的两个叠片边棱之前，在两个变压器叠片之间分别设置一个电绝缘的插入件(300)。由此可以防止在位于上方的变压器叠片的两个边棱连接时，冷喷涂射束碰到位于下面的变压器叠片上。

Description

变压器铁芯

技术领域

本发明涉及一种具有按权利要求1的前序部分所述特征的方法。

背景技术

如例如在西门子股份有限公司的文献“Leistungstransformatoren 10 bis100MVA-der Garant für

und

(10至100MVA的功率变压器-最高质量和可靠性的保障)”记载，变压器铁芯通常由变压器叠片形成。由于结构原因，通常不能实现，将变压器叠片的叠片边棱实际上对接，而是叠片边棱大多通过小的气隙相互分离。这种气隙提高了变压器叠片的磁阻，并因此提高了所产生的变压器铁芯的磁阻。

为了减小气隙的影响，按已知方式(如由上述文献同样可知)使用变压器叠片所谓的阶叠层(Step-Lap-Schichten)。在阶叠层中，变压器叠片这样相对布置，使得叠片边棱之间的气隙不是直接相叠，而是相互错移。通过气隙的错移可以在磁通碰到气隙并因此避免直接通过气隙时，将变压器叠片中的磁通偏移到一个直接相邻的变压器叠片上，亦即例如位于上方或下方的变压器叠片。由此使所产生的磁阻相比相叠的气隙得以减小。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于制造变压器铁芯的方法，通过该方法可以使所产生的变压器铁芯实现更好的特性并因此使相应的变压器实现更好的特性。

按照本发明，该技术问题通过具有按权利要求1所述的特征的方法解决。按本发明的方法的有利设计在从属权利要求中给出。

相应按本发明设计为，在铁芯制造时，借助于冷喷涂将变压器叠片相互邻接的叠片边棱用可磁化材料相互连接。

按本发明的方法的一个重要的优点是，磁通可以保留在每个变压器叠片内部，而不必转换到相邻的变压器叠片上，因为在相互邻接的叠片边棱之间不再有气隙存在，因为按照本发明，相互邻接的叠片边棱借助于冷喷涂用可磁化材料连接，并因此填充了还存在的气隙。因为磁通可以保留在其相应的变压器叠片中，并且相应不会出现垂直于变压器叠片的磁通分量(法向分量)，避免了变压器叠片中平面的涡电流并且在总体上减小了电损耗。也减小了变压器运行过程中的铁芯噪声，因为变压器叠片之间的磁力由于缺少法向分量而减小。由于提高的磁通，也避免了反复磁化损耗和磁致伸缩，如在已知的变压器铁芯中在气隙的范围内由于磁通偏转到相邻的变压器叠片中而会出现上述问题；这使得能够更高地加载变压器或者在预定的额定感应的情况下设计得更紧凑。

所述方法的另一重要优点在于在按照本发明使用冷喷涂方法。冷喷涂方法使得能够以非常简单和廉价的方式填充叠片边棱之间的间隙区域。此外，可以通过冷喷涂方法制造具有非常好的磁特性的连接材料，通过其它方法，例如焊接、粘结、钎焊等基本上不能实现所述连接材料。因此例如可以通过连接材料封闭气隙，这在磁通超过1特斯拉时实现在103到106范围内的相对磁导率。例如可以基于结晶、纳米微粒或纳米结晶材料构成连接材料。在冷喷涂时也可以避免变压器叠片的热负荷(例如由于材料热膨胀产生的机械应力)或者至少将其保持较小。

通过所述的方法可以为叠片铁芯变压器、切带铁芯变压器或绕线铁芯变压器构造叠片铁芯、切带铁芯或绕线铁芯作为变压器铁芯。

如果通过将变压器叠片相互堆叠构造作为变压器铁芯的叠片铁芯，则在堆叠的变压器叠片的相邻叠片边棱借助于冷喷涂用可磁化材料相互连接时，被认为是有利的。

如果通过弯折至少一个变压器叠片构成作为变压器铁芯的绕线铁芯，则在至少一个变压器叠片弯折后借助于冷喷涂将相应的变压器叠片的相互邻接的叠片边棱用可磁化材料相互连接，则被认为是有利的。

优选为冷喷涂使用具有用于加热气体的气体加热装置的冷喷涂系统，冷喷涂也被称为动能喷涂。在气体加热装置上连接有滞流腔，该滞流腔在出口侧与收敛扩散型喷嘴，优选拉瓦尔喷嘴连接。收敛扩散型喷嘴具有共同延伸的子区段以及展宽的子区段，所述子区段通过喷嘴颈连接。收敛扩散型喷嘴在出口侧产生形式为带有位于其中的高速颗粒的气流的粉末射束，使得颗粒的动能足以使颗粒粘附保持在要涂层的表面上。通过所述类型的冷喷涂设备可以以特别简单的方式涂覆磁性材料，以便连接叠片边棱。

如果在冷喷涂时使带有由软磁性材料制成的粉末的粉末射束指向相互邻接的叠片边棱之间的连接处，并且粉末在碰到叠片边棱上时形成连接叠片边棱的软磁性材料接缝，则可以特别简单并因此特别有利地实施所述方法。优选将带有含铁粉末的粉末射束指向相互邻接的叠片边棱，并且形成含铁的材料接缝或连接接缝。

当带有由纳米结晶材料或者由无定形的材料制成的粉末微粒的粉末射束指向连接处，则可以实现特别好的连接，其中，所述纳米结晶材料优选具有＜100nm的结晶粒度。粉末微粒优选具有在10微米到40微米的颗粒大小和小于15nm的粒度。

在连接一个变压器叠片的两个叠片边棱之后并且在连接下一个位于其上的变压器叠片的两个叠片边棱之前，在两个变压器叠片之间优选插入一个电绝缘的插入件。这种插入件例如可以防止冷喷涂射束在位于上方的变压器叠片的两个叠片边棱相连接时碰到位于下方的变压器叠片和/或破坏变压器叠片之间的电绝缘。

如果带有含铁和含硅粉末的粉末射束指向连接处，则鉴于连接的磁性特性被认为是有利的。硅含量优选小于10％。

也可以为连接叠片边棱使用含磷的铁或者一种或多种含磷的铁合金，例如形式为无定形的合金，例如磷份额在5％至15％，优选约10％的无定形Fe-P材料。

为了建立叠片边棱之间的连接缝，例如可以使用带有由硅钢片材料制成的粉末的粉末射束，例如使用与要连接的变压器叠片的叠片材料相同的粉末材料。

不过，含Fe-Si-B-Nb-Cu、含Fe-B-Cu和含(Fe，Co)-B-Cu的合金特别易于加工，因此当将带有至少也具有一种或多种所述合金的纳米结晶粉末的粉末射束指向连接处时被认为是特别有利的。这种材料特别有效地减小了磁致伸缩。

在相互邻接的叠片边棱相连接之后，变压器叠片在横截面中优选形成封闭的轮廓，例如环形轮廓。本身封闭的轮廓在横截面上例如是椭圆形、环形、圆形、方形、矩形或多边形。如在横截面中存在角，则优选将这些角倒圆。

本发明还涉及一种带有弯折的变压器叠片的变压器铁芯。按照本发明相应设计为，至少一个弯折的变压器叠片的相互邻接的叠片边棱通过可磁化材料相互连接。

附图说明

以下根据实施例详细说明本发明。在此举例示出：

图1-图10结合剖视图示出了用于制造变压器铁芯的方法的第一种实施例；

图11结合另一横截面视图示出了用于制造变压器铁芯的按本发明方法的第二种实施例，以及

图12是按本发明的方法的第三种实施例，其中，叠片铁芯的变压器叠片借助于冷喷涂相互连接。

为清晰起见，在各附图中为相同或相似的部件始终使用相同的附图标记。

具体实施方式

在图1中可见叠片堆垛10，其通过多个变压器叠片形成，其中，在图1中举例示出了四个，并且用附图标记20、30、40和50表示。变压器叠片例如由具有软磁特性的硅铁合金制成，亦即例如由所谓的硅钢片材料制成。

变压器叠片的厚度例如在200至600微米的范围内。为了实现变压器叠片之间的电绝缘，变压器叠片优选配设有薄的电绝缘层，该绝缘层例如可以具有在1微米到5微米范围内的厚度。为清晰起见，在图1中没有详细示出电绝缘层。

在图2中可以看到叠片堆垛10，其中变压器叠片20、30、40和50分别被弯折两次。在图2中用附图标记60和70表示弯折位置。

还可以在图2中看见两个线圈80和90，所述线圈被套在叠片堆垛10上。可以在叠片堆垛弯折之前或之后将线圈80和90套在叠片堆垛10上。

图3示出了叠片堆垛10，其中按图1的、最上方的变压器叠片20被再次进行两次弯折。弯折位置用附图标记100和110表示。

在图3中还可以看出，在变压器叠片20的相互邻接或相对置的叠片边棱21和22之间留有气隙23。气隙23是由于变压器叠片弯折时的制造公差引起的，并且由于技术原因不能完全避免。

在图4中示出了叠片堆垛10，其中，叠片边棱21和22之间的气隙23已借助于冷喷涂方法封闭。通过冷喷涂在叠片边棱21和22之间形成材料接缝或连接接缝24，在横截面中看，所述接缝封闭变压器叠片20之前开口的轮廓并且产生封闭的轮廓25。

因此，通过连接两个叠片边棱21和22可以使磁通沿着封闭的轮廓25流经变压器叠片20而不必在此克服气隙。因此，连接接缝24减小了变压器叠片20对于沿着封闭的轮廓25流过变压器叠片20的磁通的磁阻。

在借助于冷喷涂在叠片边棱21和22之间形成连接接缝之后，变压器叠片30同样沿着弯折位置100和110弯折，因此获得在图5中所示的结构(在横截面看)。在此还可以看出，在弯折之后，在变压器叠片30相互邻接或相对置的叠片边棱31和32之间留有气隙，该气隙在图5中用附图标记33表示。在横截面中看，变压器叠片30在弯折之后也形成开口的轮廓，该开口轮廓在图5中用附图标记34表示。

为了封闭开口的轮廓34，借助于冷喷涂可磁化材料通过形成连接接缝35而将两个叠片边棱31和32相互连接，这在图6中举例示出。现在，变压器叠片30在横截面中看封闭的轮廓在图6中用附图标记36表示。

在图7中示出了第三变压器叠片40如何被弯折。在此，也在相互邻接的叠片边棱41和42之间首先存在气隙，该气隙通过附图标记43表示。气隙43在此也借助于冷喷涂可磁化材料封闭。在此形成的连接接缝在图8中用附图标记44表示。

第四变压器叠片50也以相应的方式弯折，并且在叠片边棱51和52之间留出的气隙53借助于连接接缝54封闭。在在图9和图10中举例示出。在此，图10也示出了借助于冷喷涂制成的变压器铁芯，其通过附图标记200表示。可以看出，连接接缝24、35、44和54优选不是直接相叠，而是优选相对彼此侧向错移。

现在，根据图11示出了用于制造变压器铁芯的另一种实施例。在这种实施例中，在弯折之后的变压器叠片20、30、40和50的叠片边棱之间留出的气隙23、33、43和53的区域中首先分别设有一个电绝缘的插入件300，该插入件300可以在叠片弯折之前、弯折过程中或弯折之后定位在稍后或已经存在的气隙的区域内。接着，在冷喷涂过程中通过可磁化材料封闭各自的气隙。通过置入电绝缘的插入件300避免在冷喷涂可磁化材料时(亦即在制造连接接缝24、35、44和54时)分别损坏位于下方的变压器叠片。如前所述，变压器叠片20至50优选配设有薄的电绝缘层，用于实现变压器叠片之间的电绝缘。这种电绝缘层在冷喷涂过程中实际上会造成不利影响，然而在按图11的实施例中通过设计在相应的冷喷涂之前引入电绝缘插入层300而避免了这种情况。

在按图11的实施例中，连接接缝24、35、44和54优选不直接相叠，而是优选相互侧向错移。然而，这种错移不是强制必须的。

在图12中示出了制造用于叠片铁芯变压器的叠片铁芯的实施例。叠片铁芯通过堆叠不弯折或未弯折的变压器叠片形成，其中在图12中为清晰起见仅示出了两个叠片，并且用附图标记350和360表示。由图可见，堆叠的变压器叠片350和360的相互邻接的叠片边棱以45度角倾斜延伸，因此在边棱之间留有气隙370，该气隙同样以45度角在图12中斜向上延伸。如前面结合图1至11已经举例说明的那样，气隙370分别在冷喷涂过程中通过可磁化材料30封闭。为了避免损坏变压器叠片或位于其上的绝缘件，可以额外地使用插入件(如在图11中举例示出)。

Claims (12)

1.一种用于制造变压器铁芯(200)的方法，其中，变压器铁芯通过变压器叠片(20，30，40，50，350，360)构成，其特征在于，所述变压器叠片相互邻接的叠片边棱(21，22，31，32，41，42，51，52)借助于冷喷涂通过可磁化材料相互连接。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过将变压器叠片(350，360)相互堆叠而构成作为变压器铁芯的叠片铁芯，其中，堆叠的变压器叠片的相互邻接的叠片边棱借助于冷喷涂用可磁化材料相互连接。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过在制造变压器铁芯(200)时弯折至少一个变压器叠片(20，30，40，50)形成作为变压器铁芯的绕线铁芯，其中，在至少一个变压器叠片弯折之后，相应的变压器叠片的相互邻接的叠片边棱(21，22，31，32，41，42，51，52)借助于冷喷涂用可磁化材料相互连接。

4.如权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在冷喷涂时将带有含铁粉末的粉末射束指向相互邻接的叠片边棱之间的接缝，并且所述含铁粉末在碰到所述叠片边棱时形成连接叠片边棱的含铁材料接缝。

5.如权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，将带有由纳米结晶的或无定形的材料制成的粉末微粒的粉末射束指向连接处。

6.如权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，在连接一个变压器叠片的两个叠片边棱之后并且在连接位于该变压器叠片上方的下一变压器叠片的两个叠片边棱之前，在两个变压器叠片之间分别设置一个电绝缘的插入件(300)，该插入件防止在连接位于上方的所述下一变压器叠片的两个叠片边棱时冷喷涂射束碰到位于下面的变压器叠片上。

7.如权利要求1至6之一所述的方法，其特征在于，将带有含铁和含硅粉末的粉末射束指向连接处，其中，硅含量小于10％。

8.如权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，将带有含Fe-Si-B-Nb-Cu合金的纳米结晶粉末的粉末射束指向连接处。

9.如权利要求1至8之一所述的方法，其特征在于，将带有含Fe-B-Cu合金和/或含(Fe，Co)-B-Cu的合金的纳米结晶粉末的粉末射束指向连接处。

10.如权利要求1至9之一所述的方法，其特征在于，将带有含磷的铁或带有含磷的铁合金的纳米结晶的或无定形的粉末的粉末射束指向连接处。

11.如权利要求1至10之一所述的方法，其特征在于，所述变压器叠片在相互邻接的边棱相连接之后在横截面上形成闭合的轮廓。

12.一种带有变压器叠片(20，30，40，50)的变压器铁芯(200)，其特征在于，至少一个变压器叠片的相互邻接的叠片边棱(21，22，31，32，41，42，51，52)通过可磁化材料相互连接。

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