CN103985603A - 一种轻量化交流接触器铁芯及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及交流接触器。本发明公开了一种轻量化交流接触器铁芯，通过对铁芯进行轻量化处理，降低交流接触器装置的重量，进一步提高交流接触器运行效率和可靠性。本发明的技术方案是，一种轻量化交流接触器铁芯，所述铁芯由硅钢片堆叠构成，其特征在于，所述硅钢片上设置有镂空结构，以减轻铁芯重量。本发明实际减重效果可以达到甚至超过17％，特别是对于大功率接触器，减重效果非常突出。通过合理选择镂空位置，可以降低对铁芯结构强度的影响，而镂空结构对铁芯磁导率造成的影响，可以通过调整驱动系统的参数等进行补偿，不会影响铁芯的正常使用。本发明的交流接触器铁芯特别适合用于航天、航空、舰船、车辆等设备中。

Description

一种轻量化交流接触器铁芯及其制造方法

技术领域

本发明涉及交流接触器技术领域，特别涉及一种轻量化交流接触器铁心结构以及这种铁芯的制造方法。

背景技术

交流接触器是一种应用非常广泛的低压电器，基于“通电吸合，带电保持，断电释放”的工作原理，使用交流控制电源操控时，铁心和短路环中的磁滞损耗和涡流损耗占总能耗的90％以上，加大了电网线路上的电能损耗，缩短了接触器线圈的使用寿命。为改变这种高能耗运行状况，我国颁布了GB21518-2008《交流接触器能效限定值及能效等级》，标准中规定了交流接触器的能效等级、能效限定值、节能评价值和试验方法，对交流接触器节能及电子控制技术的研究起到了积极的促进作用。

目前，交流接触器节能技术已经随着电子控制技术的广泛应用获得了长足发展，通过改变交流接触器励磁线圈的交流运行方式为直流吸合，直流保持运行方式，使交流接触器的能效等级不断提高。交流接触器是机电一体化结构的产品，单从改变交流接触器的电子控制方式，还远远不能使接触器的运行效率和制造成本达到最优化。交流接触器重量就是一个需要解决的问题，特别是用于航空、航天设备及各种舰船、车辆等设备上的交流接触器，产品重量就是一个不容忽视的问题。在交流接触器装置中(包括铁芯、励磁线圈、动作机构和控制系统等)，铁芯重量通常都超过总重量的40％，通过降低铁芯重量可以大大减轻装置的重量。特别是通过降低动铁芯的重量，还可以进一步降低吸合功率，提高分断速度，降低运行噪声。

发明内容

本发明的目的就是对铁芯进行轻量化处理，降低交流接触器装置的重量，进一步提高交流接触器运行效率和可靠性。

本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，一种轻量化交流接触器铁芯，所述铁芯由硅钢片堆叠构成，其特征在于，所述硅钢片上设置有镂空结构，以减轻铁芯重量。

本发明的技术方案，通过在硅钢片上加工镂空结构降低铁芯重量，实际减重效果可以达到甚至超过17％，特别是对于大功率接触器，减重效果非常突出。通过合理选择镂空位置，可以降低对铁芯结构强度的影响，而镂空结构对铁芯磁导率造成的影响，可以通过调整驱动系统的参数等进行补偿，不会影响铁芯的正常使用。

具体的，所述镂空结构为矩形通孔或圆形通孔。

硅钢片上的镂空结构采用矩形通孔或圆形通孔，可以通过冲压工艺在硅钢片生产过程中一次加工成型，具有模具结构结构，加工方便的特点。特别是矩形通孔，具有减重效果突出的优点。

优选的，所述镂空结构设置在位于铁芯中间的硅钢片上。

由于磁力线主要集中在铁芯表面附近，铁芯中间部位磁力线相对较少，在位于铁芯中间的硅钢片上进行镂空处理，而对于铁芯两端的硅钢片则保持原有结构不作处理，可以最大限度降低对铁芯磁导率的影响，并且可以将镂空结构形成的孔洞封闭在铁芯中间，不与外界接触，可以减少这些孔洞藏污纳垢的机会，减少铁芯锈蚀速度，并且增加了铁芯的整体性和结构强度。

优选的，相邻硅钢片上镂空结构位置互不重合。

相邻硅钢片上镂空结构位置互不重合，即相邻硅钢片上的镂空结构交错布置。这种结构的铁芯可以使镂空结构对铁芯结构强度的影响大大降低，并减少对铁芯磁导率的影响。

进一步的，所述铁芯为具有对称结构的U型铁芯或E型铁芯。

U型铁芯和E型铁芯是交流接触器使用最普遍的两种铁芯，特别是E型铁芯常用于大功率交流接触器。U型铁芯和E型铁芯都具有对称性，其硅钢片也具有相应的对称结构，非常适合构成相邻硅钢片上镂空结构位置互不重合的铁芯，并且可以采用简单的工艺实现这种结构。

推荐的，所述铁芯中设置有镂空结构的硅钢片具有相同结构，硅钢片上相同位置处镂空结构形状和大小相同，相邻硅钢片翻面叠放。

该技术方案中，硅钢片上设置的镂空结构相同，硅钢片上相同位置处镂空结构形状和大小相同。对于动铁芯硅钢片和静铁芯硅钢片，可以分别采用同一副模具加工硅钢片，从而降低生产成本。叠片时，将相邻硅钢片翻面叠放就可以实现相邻硅钢片上镂空结构位置互不重合的结构特点。

推荐的，所述铁芯中相间的硅钢片上设置的镂空结构位置相同。

该方案采用两组结构不同的硅钢片，叠放时两组硅钢片交替叠放，也可以实现相邻硅钢片上镂空结构位置互不重合的结构特点。

本发明的另一个目的是，提供一种轻量化交流接触器铁芯制造方法，用于具有对称结构的U型铁芯或E型铁芯加工，包括镂空和叠片工序，其特征在于，具体步骤如下：

a、在硅钢片上相同位置加工镂空结构，所述镂空结构位于硅钢片对称轴两边；

b、叠片时相邻硅钢片翻面叠放，使相邻硅钢片上的镂空结构位置互不重合。

本方案的铁芯制造方法，利用了硅钢片的对称结构，对于静铁芯和动铁芯，分别采用同一副模具在硅钢片上相同位置加工镂空结构，通过叠片时相邻硅钢片翻面叠放，达到相邻硅钢片上的镂空结构位置互不重合的目的。本方案的特点是静铁芯和动铁芯镂空结构的加工分别采样一副模具，能够降低加工成本，本方案要求镂空结构位于硅钢片对称轴两边，使相邻硅钢片上镂空结构位置交错分布。

本发明提供的又一种轻量化交流接触器铁芯制造方法，用于具有对称结构的U型铁芯或E型铁芯加工，包括镂空和叠片工序，其特征在于，具体步骤如下：

α、将需要镂空的硅钢片分成2组；

β、分别在第一组硅钢片和第二组硅钢片上加工镂空结构，两组硅钢片上加工的镂空结构位置不同；

γ、叠片时第一组硅钢片与第二组硅钢片交替叠放，使相邻硅钢片上的镂空结构位置互不重合。

这种硅钢片加工方法，静铁芯和动铁芯分别需要两副模具对两组硅钢片进行加工，使两组硅钢片上加工的镂空结构位置不同，叠片时两组硅钢片交替叠放，使相邻硅钢片上的镂空结构位置互不重合。这种硅钢片加工方法的特点是静铁芯和动铁芯分别需要两副模具加工镂空结构，镂空结构位置不受限制，位于对称轴上的镂空结构，也可以实现相邻硅钢片上的镂空结构位置上下交错布置的方案，硅钢片叠片工序相对比较简单，不需要对硅钢片翻面。

优选的，所述镂空结构为矩形通孔或圆形通孔。

镂空结构采用矩形通孔或圆形通孔，可以在硅钢片冲压过程中一次加工成型，具有模具结构简单，加工方便，生产效率高的特点，而且矩形通孔还具有减重效果突出的优点。

本发明的有益效果是，在保证交流接触器铁芯基本性能的基础上，可以显著降低产品重量。由于动铁芯重量的降低，需要的吸合力减少，可以降低吸合功率，达到节电节能的效果。由于交流接触器是量大面广的低压控制电器，全国正在运行的大中容量交流接触器以百万台计，如采用本发明技术每年可节约相当可观的电能。而且动铁芯重量的降低又减小了吸合的冲击力，有利于降低运行噪声，减少磨损，延长接触器使用寿命。

附图说明

图1是实施例1动铁芯硅钢片结构示意图；

图2是实施例1静铁芯硅钢片结构示意图；

图3是实施例1动铁芯装配示意图；

图4是实施例1静铁芯装配示意图；

图5是实施例2动铁芯硅钢片结构示意图，其中图5a为动铁芯硅钢片正面主视图，图5b为动铁芯背面主视图；

图6是实施例2静铁芯硅钢片结构示意图，其中图6a为静铁芯硅钢片正面主视图，图6b为静铁芯背面主视图；

图7是U型铁芯静铁芯硅钢片结构示意图；

图8是U型铁芯动铁芯硅钢片结构示意图。

图中，1为矩形通孔(镂空结构)；2为装配孔；OP为对称轴。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。

本发明的技术方案，通过在硅钢片上加工镂空结构降低铁芯重量，实际减重效果可以达到17％以上，特别是对于大功率接触器，减重效果更突出。通过合理选择镂空位置，可以降低对铁芯结构强度的影响，而镂空结构对铁芯磁导率造成的影响，可以通过调整驱动系统的参数进行补偿，不会影响铁芯的正常使用。动铁芯减重带来的节能效果，对于量大面广的交流接触器其意义不容小觑。

实施例1

本例铁芯为E型铁芯，其动铁芯和静铁芯均由硅钢片堆叠构成，动铁芯硅钢片结构如图1所示，静铁芯硅钢片结构如图2所示，OP为硅钢片对称轴。图中圆形通孔2为铁芯的装配孔，包括铆固铁芯的铆钉孔和安装支架的支架孔。图中的矩形通孔1就是为了减重加工的镂空结构。明显的，镂空结构1也可以加工成圆形通孔，圆形通孔减重效果虽然不如矩形通孔，但圆形通孔加工更方便，模具结构也更简单。

图3和图4分别示出了本例动铁芯和静铁芯的装配示意图，图中可以看出，镂空结构都是加工在位于铁芯中间的硅钢片上的，位于铁芯两端的硅钢片上没有加工镂空结构，而是保持了硅钢片原有结构。本例动铁芯和静铁芯中，设置有镂空结构的每一张硅钢片都具有相同结构，每一张硅钢片上相同位置处镂空结构形状和大小都相同。这种结构的硅钢片装配时，整个铁芯中镂空位置是重合的，除了铁芯两端的硅钢片没有加工镂空结构外，镂空也可以看成是对整个铁芯的镂空。这种结构的铁芯减重效果突出，但对铁芯结构强度及磁导率影响比较大。

实施例2

本例铁芯也是具有对称结构的E型铁芯，动铁芯硅钢片结构如图5所示，静铁芯硅钢片结构如图6所示。如果将硅钢片的某一面定义为正面(A面)，则其反面即为背面(B面)。参见图5和图6，其中图5a为动铁芯硅钢片A面主视图，图5b为动铁芯硅钢片B面主视图，图6a为静铁芯硅钢片A面主视图，图6b为静铁芯硅钢片B面主视图。可以看出，本例铁芯中，硅钢片上的镂空结构都位于硅钢片对称轴的两边，叠片时相邻硅钢片上镂空结构位置互不重合。图5a和图5b也可以看成是两种结构不同的动铁芯硅钢片，相应的，图6a和图6b也可以看成是两种结构不同的静铁芯硅钢片。

根据铁芯的对称性(硅钢片的对称性)，本例铁芯可以通过两种加工方法进行制造。其加工方法可以通过5和图6进行说明，以动铁芯为例，参见图5a和图5b。

第一种加工方法是，需要进行镂空处理的硅钢片，都按图5a所示的形状加工镂空结构，每一张硅钢片都具有相同结构，硅钢片上相同位置处镂空结构形状和大小相同，叠片时相邻硅钢片翻面叠放，使相邻硅钢片上的镂空结构位置互不重合。由图5a和图5b可以看出，按图5a所示的形状加工的硅钢片，翻面后其形状就如图5b所示，两幅图中的镂空结构位置刚好交错布置，互不重合。这种加工方法的优点是，只需要一副模具就可以完成加工，通过叠片时的翻面叠放就可以得到相邻硅钢片上的镂空结构位置互不重合的结构特征。这种加工方法，对镂空结构位置有要求，需要将镂空结构位置布置在硅钢片对称轴两边。

第二种加工方法是，将需要镂空的硅钢片分成2组，第一组硅钢片按照图5a所述形状加工镂空结构，第二组硅钢片按照图5b所示形状加工镂空结构，两组硅钢片上加工的镂空结构位置不同，交错布置。叠片时第一组硅钢片与第二组硅钢片交替堆叠，相间的硅钢片上镂空结构位置相同，相邻硅钢片上的镂空结构位置互不重合。这种加工方法的特点是需要两副模具进行加工，叠片时不需要进行翻面操作。这种加工方法可以将镂空结构设置在硅钢片对称轴上，实现相邻硅钢片对称轴上的镂空结构上下交错布置的方案。

对于静铁芯的加工方法，可以参见图6a和图6b以及上述描述予以实现，此处不再赘述。

上述两种加工方法得到的铁芯，相邻硅钢片结构不同，相间硅钢片结构相同，得到的铁芯中没有镂空结构形成的通孔，对铁芯结构强度的影响比较小，对铁芯磁导率的影响也可以降低，只是减重效果稍逊。

对于具有对称结构的U型铁芯，其静铁芯硅钢片和动铁芯硅钢片结构如图7和图8所示，可以采用上述相同的方法进行镂空加工，达到减重、节能的效果，本发明不再详细描述其结构和加工方法。

180A规格接触器铁心重量对比：

普通动铁芯硅钢片重量(g)	镂空结构动铁心硅钢片重量(g)	降低重量比
			467	378	19％
普通静铁心硅钢片重量(g)	镂空结构静铁心硅钢片重量(g)	降低重量比
			935	779	17％

Claims (10)

1.一种轻量化交流接触器铁芯，所述铁芯由硅钢片堆叠构成，其特征在于，所述硅钢片上设置有镂空结构，以减轻铁芯重量。

2.根据权利要求1所述的一种轻量化交流接触器铁芯，其特征在于，所述镂空结构为矩形通孔或圆形通孔。

3.根据权利要求1所述的一种轻量化交流接触器铁芯，其特征在于，所述镂空结构设置在位于铁芯中间的硅钢片上。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的一种轻量化交流接触器铁芯，其特征在于，相邻硅钢片上镂空结构位置互不重合。

5.根据权利要求4所述的一种轻量化交流接触器铁芯，其特征在于，所述铁芯为具有对称结构的U型铁芯或E型铁芯。

6.根据权利要求5所述的一种轻量化交流接触器铁芯，其特征在于，所述铁芯中设置有镂空结构的硅钢片具有相同结构，硅钢片上相同位置处镂空结构形状和大小相同，相邻硅钢片翻面叠放。

7.根据权利要求5所述的一种轻量化交流接触器铁芯，其特征在于，所述铁芯中相间的硅钢片上设置的镂空结构位置相同。

8.一种轻量化交流接触器铁芯制造方法，用于具有对称结构的U型铁芯或E型铁芯加工，包括镂空和叠片工序，其特征在于，具体步骤如下：

a、在硅钢片上相同位置加工镂空结构，所述镂空结构位于硅钢片对称轴两边；

b、叠片时相邻硅钢片翻面叠放，使相邻硅钢片上的镂空结构位置互不重合。

9.一种轻量化交流接触器铁芯制造方法，用于具有对称结构的U型铁芯或E型铁芯加工，包括镂空和叠片工序，其特征在于，具体步骤如下：

α、将需要镂空的硅钢片分成2组；

β、分别在第一组硅钢片和第二组硅钢片上加工镂空结构，两组硅钢片上加工的镂空结构位置不同；

γ、叠片时第一组硅钢片与第二组硅钢片交替叠放，使相邻硅钢片上的镂空结构位置互不重合。

10.根据权利要求8或9所述的一种轻量化交流接触器铁芯制造方法，其特征在于，所述镂空结构为矩形通孔或圆形通孔。