CN105006351A - 变压器铁心及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的变压器铁心及其制造方法，变压器铁心包括一对外铁心片以及设置于所述外铁心片之间的多个内铁心片，各个内铁心片有至少一个铁心槽，以用于增加内铁心片的磁阻，其中，各个内铁心片面-面叠接于外铁心片之间，铁心槽形成于内铁心片的预设位置，预设位置适于各个内铁心片的铁心槽错位排布，以用于封闭各层的铁心槽。

Description

变压器铁心及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种变压器，具体地说，是一种用于提高磁饱和强度以及有效避免电感降低的变压器铁心及其制造方法。

背景技术

随着社会的快速发展，变压器给国民经济的发展提供可靠的、不间断的能源，各行各业以及日常生活中都离不开电力。电力变压器是一种静止的电气设备，利用电磁感应作用将一种电压、电流的交流电能装换成同频率的另一种电压、电流的交流电能。由于能源产地和用电地区之间会有一定的距离，当输送一定的电能时，输电线路的电压越高，线路中的电流和相应地线路损耗就越小，为了经济地实现远距离输送电力，需通过变压器对电压进行升高和降低。

变压器的主要组成部分是铁心、绕组、绝缘、外壳和必要的组件等，由于容量、电压的不同，变压器中的铁心和绕组的结构形式与材质也不尽相同。其中，变压器的铁心即是磁路，又是套装绕组的骨架，通过铁心得以把一次电路的电能转为磁能，又通过自身的磁能转变为二次电路的电能，是能量转换的媒介。

为了满足发展要求，要求变压器通过的电流越来越大，而这往往会使变压器绕组电感大幅度下降，从而使变压器无法正常工作，导致过早磁饱和现象的发生。因而，为了防止磁饱和现象的过早出现，需要提高变压器的直流叠加特性，一般采取的措施是在磁芯的磁路中开一段间隙，这种方法尽管在一定程度上可以改善变压器的直流叠加特性，但改进程度非常有限，对于工作在具有较大电流分量的变压器，无法采用这种方法。一旦铁心磁路中的气隙开得过大，绕组电感就会降低，漏磁较大，能量损耗严重。因而，如何提高磁饱和强度的同时降低漏磁现象的发生成为亟需解决的一大难题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种变压器铁心及其制造方法，以提高磁饱和强度的同时防止其电感降低和漏磁的叠加效应。

本发明的另一目的在于提供变压器铁心及其制造方法，其不需要复杂地机械制造步骤和装置，也没有对原始结构进行重大改变，减少相关制造成本。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种变压器铁心包括一对外铁心片以及设置于所述外铁心片之间的多个内铁心片，各个所述内铁心片有至少一个铁心槽，以用于增加所述内铁心片的磁阻，其中，各个所述内铁心片面-面叠接于所述外铁心片之间，所述铁心槽形成于所述内铁心片的预设位置，所述预设位置适于各个所述内铁心片的铁心槽错位排布，以用于封闭各层的所述铁心槽。

根据本发明的一实施例，所述外铁心片包括一对外心柱以及连接所述外心柱的外铁轭，相对应地，所述内铁心片包括一对内心柱以及连接所述内心柱的内铁轭，所述铁心槽形成于所述内铁轭，所述外铁轭叠接封闭相邻的所述铁心槽。

根据本发明的一实施例，每层所述内铁心片上的铁心槽错位排列，使得所述铁心槽在所述内铁心片的同一纵向截面上无相对排列或两个所述铁心槽在同一纵向截面上有一预设间隔，所述预设间隔适于所述铁心槽之间无电感降低叠加。

根据本发明的一实施例，所述铁心槽的径向宽度与所述铁心槽到所述内铁心片的边缘之间距离的比例为1∶1∶1。

根据本发明的一实施例，所述外铁心片与所述内铁芯片的材质是硅钢片或非晶合金。

根据本发明的一实施例，所述外铁心片与所述内铁心片的材质是石墨烯合金，所述石墨烯合金的材料成分组成按重量百分比计为：石墨烯纳米片0.25％至0.3％；铁73％至78％；硼10％至12％；以及镍13至15％。

一种变压器铁心的制造方法，其包括步骤：

S100提供多个铁心片，预留一对外铁心片；

S200根据预设位置在各个所述铁心片上开槽，制得多个内铁心片，其中，各个所述内铁心片设有至少一个铁心槽，所述铁心槽在各个所述内铁心片上的预设位置不同；以及

S300依次粘合叠加所述外铁心片与所述内铁心片，根据各个所述内铁芯片的开槽位置进行叠接，将所述内铁心片叠接于所述外铁心片之间，其中，所述内铁心片的铁心槽相错位。

根据本发明的一实施例，所述制造方法包括步骤：

提供多组铁心片，每组所述铁心片包括一对顶层和底层的外铁心片，以及多个待加工的内铁心片；

将所述内铁心片分组，将相同加工位置的所述铁心片分为一组；

确定各组内铁心片的开槽预设位置，得以通过冲床底模对所述预设位置进行确定；

叠加固定同组内铁心片，通过冲床对同组的所述内铁心片开槽，在各个所述内铁心片上形成铁心槽；

分区摆放带有所述铁心槽的内铁心片，将同一开槽位置的所述内铁心片放置于同一区中，并且按所述开槽位置依次摆放所述内铁心片；

依次取出各区的一片内铁心片按顺序粘接叠加，完成所述内铁心片的叠接；以及

将所述外铁心片分别粘接于所述内铁心片的底层与顶层，以用于封闭所述内铁心片底层与顶层铁心槽。

根据本发明的一实施例，所述制造方法包括步骤：

提供一组铁心片，所述铁心片包括一对顶层和底层的外铁心片，以及多个待加工的内铁心片；

同时确定所述内铁心片的开槽预设位置，通过多冲孔上模和多定位下模的方式对所述内铁心片一次冲模成型；

根据各个所述内铁心片的铁心槽位置，依次粘接叠加各个所述内铁心片，完成所述内铁心片的叠接；以及

将所述外铁心片分别粘接于所述内铁心片的底层与顶层，以用于封闭所述内铁心片底层与顶层铁心槽。

根据本发明的一实施例，所述制造方法包括步骤：

提供多组铁心片，每组所述铁心片包括一对顶层和底层的外铁心片，以及多个待加工的内铁心片；

将所述内铁心片分组，将相同加工位置的所述铁心片分为一组；

确定各组内铁心片的开槽预设位置，通过钻床在各个小组的开槽中心位置打圆孔；

通过所述圆孔线切割于所述内铁心片，以用于所述内铁心片的开槽处理，使得各个所述内铁心片上设有至少一个铁心槽；

分区摆放带有所述铁心槽的内铁心片，将同一开槽位置的所述内铁心片放置于同一区中，并且按所述开槽位置依次摆放所述内铁心片；

依次取出各区的一片内铁心片按顺序粘接叠加，完成所述内铁心片的叠接；以及

将所述外铁心片分别粘接于所述内铁心片的底层与顶层，以用于封闭所述内铁心片底层与顶层铁心槽。

与现有技术相比，本发明的优点在于：所述外铁心片采用封闭式结构，得以有效防止漏磁现象，不会从所述铁心槽的轴向上对高压电路产生磁干扰；所述铁心槽到所述内铁心片的边缘距离不小于所述铁心槽的径向宽度，得以有效防止漏磁现象，不会从所述铁心槽的纵向上对高压电路产生磁干扰；各个所述铁心槽的分布使直流叠加特性得到同倍数叠加，而没有电感降低现象产生同倍数叠加。

附图说明

图1是根据本发明的一个优选实施例的变压器铁心的结构示意图。

图2是根据本发明的上述优选实施例的变压器铁心的结构爆炸图。

图3是根据本发明的上述优选实施例的变压器铁心的俯视图。

图4是根据本发明的上述优选实施例的变压器铁心的剖视图。

图5是根据本发明的上述优选实施例的变压器铁心的局部示意图。

图6A是根据本发明的上述优选实施例的变压器铁心的局部剖视图(无共面)。

图6B是根据本发明的上述优选实施例的变压器铁心的局部剖视图(间隔共面)。

图7是根据本发明的上述优选实施例的变压器铁心的局部放大图。

附图标记说明

1 变压器铁心  10 外铁心片  11 外心柱  12 外铁轭

20 内铁心片  21 内心柱  22 内铁轭  200 铁心槽

L1 径向宽度  221 第一边缘  222 第二边缘

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

如图1到图7所示的是一种变压器铁心1，所述变压器铁心1包括一对外铁心片10以及设置于所述外铁心片10之间的多个内铁心片20，各个所述内铁心片20有至少一个铁心槽200，以用于增加所述内铁心片20的磁阻，其中，各个所述内铁心片20面-面叠接于所述外铁心片10之间，所述铁心槽200形成于所述内铁心片20的预设位置，所述预设位置适于各个所述内铁心片20的铁心槽200错位排布，以用于封闭各层的所述铁心槽200。从而，所述变压器铁心1的内铁芯片得以提高磁饱和强度的同时防止其电感降低和漏磁的叠加效应，以用于提高变压器直流叠加特性。

其中，所述外铁心片10包括一对外心柱11以及连接所述外心柱11的外铁轭12，相对应地，所述内铁心片20包括一对内心柱21以及连接所述内心柱21的内铁轭22，所述铁心槽200形成于所述内铁轭22，所述外铁轭12叠接封闭相邻的所述铁心槽200。其中，所述外心柱11与所述内心柱21相叠接，以用于所述变压器的绕组缠绕，形成套线圈部分，所述外铁轭12与所述内铁轭22相叠接，以用于闭合磁路，不套线圈。

也就是说，所述铁心槽200错位地排布于所述内铁轭22，而所述外铁轭12中没有铁心槽200，所述外铁心片10分别设置于所述变压器铁心1的底层和顶层，呈封闭式结构，有效防止漏磁现象，不会从所述铁心槽200的轴向上对高压电路产生磁干扰。

由于每层铁心形成一个磁回路，而每层铁心的磁阻根据铁心材料的材质而一定，为了增加每层铁心的磁饱和强度，在各个所述内铁心片20的预设位置进行开槽处理，铁磁物质的磁阻较小，空气的磁阻较大，以单位槽作为计算单位，每增加一个铁心槽200，即可增加每层所述内铁心片20的饱和磁化强度上限，从而提高整体的所述变压器铁心1的饱和磁化强度上限。

所述变压器铁心1的形状可以是“口”字型一体结构，也可以“EI”型或“CC”型或“日”字型拼接结构，由于所述变压器铁心1设有多个所述铁心槽200，得以减少拼接处的间隙，避免大面积的漏磁和电感降低现象

其中，每层所述内铁心片20上的铁心槽200错位排列，使得所述铁心槽200在所述内铁心片20的同一纵向截面上无相对排列或两个所述铁心槽200在同一纵向截面上有一预设间隔，所述预设间隔适于所述铁心槽200之间无电感降低叠加，也就是说，不同层的所述铁心槽200之间的所述预设间隔距离较大，两槽之间相距较远，得以使所述铁心槽200的高度可忽略不计，避免磁通量减弱的效果叠加，有助于将每层所述内铁心片20的磁线封闭在所述铁心槽200内，防止漏磁现象的发生。

图4到图6B所示的是所述铁心槽200在所述变压器铁心1中的排布，优选地，各个所述内铁心片20设有一对所述铁心槽200，所述铁心槽200间隔地形成于所述内铁心片20的内铁轭22中，同层的两个所述铁心槽200之间相距较远，有助于防止电感降低叠加效应，也无漏磁叠加效应，如图4所示。同时，在所述变压器铁心1的同一纵向截面上，不同层的所述铁心槽200无槽共面现象或者两槽之间相距较远，所述铁心槽200的槽开口被相邻的所述内铁心片20覆盖或被所述外铁心片10与所述内铁心片20覆盖，以用于封闭所述铁心槽200，当所述内铁心片20的磁线通过所述铁心槽200时，得以使磁线穿过所述铁心槽200，而不是从所述槽口向外泄露，如图6A与图6B所示，如果各层的铁心槽200相叠加联通，则会增加叠加漏磁效应，不利于提高所述变压器的直流叠加特性。从而，所述铁心槽200在所述内铁心片20上的分布不仅使变压器的直流叠加特性得到同倍数叠加，而且并没有使电感降低现象产生同倍数叠加，有效降低电感降低和漏磁现象。

图7所示的是所述铁心槽200的结构，所述铁心槽200得以是圆、正方体、长方体、椭圆体、椎体等多种立体结构，优选地，所述铁心槽200是长方体结构，有利于方便制造以及参数的控制计算。其中，各个所述铁心槽200的槽边到所述内铁心片20的边缘距离不小于所述铁心槽200的同向边长，有效防止漏磁现象，不会从所述铁心槽200的纵向上对所述高压电路产生磁干扰。换句话说，所述铁心槽200的径向宽度为L1，所述内铁轭22有一第一边缘221以及一第二边缘222，所述铁心槽200的轴向边平行于所述第一边缘221与所述第二边缘222，所述铁心槽200的其中一个轴向边到所述第一边缘221的距离为L2，所述铁心槽200的其中另一个轴向边到所述第二边缘222的距离为L3，L2与L3不小于L1，优选地，所述铁心槽200的径向宽度与所述铁心槽200到所述内铁心片20的边缘之间距离的比例L1∶L2∶L3为1∶1∶1。

其中，所述变压器铁心1进一步包括胶黏层，所述胶黏层设置于所述内铁心片20之间或所述内铁心片20与所述外铁心片10之间，以用于叠接所述内铁心片20与所述外铁心片10，形成一体的所述变压器铁心1。其中，胶黏层为绝缘材料，以避免各层所述铁芯片之间的片间短路，所述胶黏层选取的是改性酚醛胶、改性环氧胶、聚氨酯胶以及丙烯酸酯胶中的一种或多种。

其中，所述外铁心片10与所述内铁芯片的材质选择的是硅钢片或非晶合金或石墨烯合金。优选地，所述外铁心片10与所述内铁心片20选取的材质是石墨烯合金，所述石墨烯合金的材料成分组成按重量百分比计为：石墨烯纳米片0.1至0.5％；铁60％至80％；硼7％至15％；以及镍10％至20％。优选地，所述石墨烯合金的材料成分组成按重量百分比计为：石墨烯纳米片0.25％至0.3％；铁73％至78％；硼10％至12％；以及镍13至15％。

其中，所述石墨烯合金通过球磨制粉、热等静压以及挤压的方式成型，由于石墨烯纳米片具有许多的巡流电子，大部分磁通得以限制在所述铁芯片的内部，减少磁通的泄露。

一种变压器铁心1的制造方法，其包括步骤：

S100提供多个铁心片，预留一对外铁心片10；

S200根据预设位置在各个所述铁心片上开槽，制得多个内铁心片20，其中，各个所述内铁心片20设有至少一个铁心槽200，所述铁心槽200在各个所述内铁心片20上的预设位置不同；以及

S300依次粘合叠加所述外铁心片10与所述内铁心片20，根据各个所述内铁芯片的开槽位置进行叠接摆放，将所述内铁心片20叠接于所述外铁心片10之间，其中，所述内铁心片20的铁心槽200相错位。

从而，所述变压器铁心1不需要复杂地机械制造步骤和装置，也没有对原始结构进行重大改变，减少相关制造成本。

实施例一

一种变压器铁心1的制造方法，其包括步骤：

提供多组铁心片，每组所述铁心片包括一对顶层和底层的外铁心片10，以及多个待加工的内铁心片20；

将所述内铁心片20分组，将相同加工位置的所述铁心片分为一组；

确定各组内铁心片20的开槽预设位置，得以通过冲床底模对所述预设位置进行确定，避免开槽过程中相近的所述内铁心片20的铁心槽200在同一纵向截面上出现；

叠加固定同组内铁心片20，通过冲床对同组的所述内铁心片20开槽，在各个所述内铁心片20上形成铁心槽200，若同组的内铁心片20过多，超过冲床的工作能力，则分批完成开槽工作；

分区摆放带有所述铁心槽200的内铁心片20，将同一开槽位置的所述内铁心片20放置于同一区中，并且按所述开槽位置依次摆放所述内铁心片20；

依次取出各区的一片内铁心片20按顺序粘接叠加，完成所述内铁心片20的叠接；以及

将所述外铁心片10分别粘接于所述内铁心片20的底层与顶层，以用于封闭所述内铁心片20底层与顶层铁心槽200。从而，完成所述变压器铁心1的制造。

所述制造过程可有效避免所述内铁心片20排列杂乱的现象，提高所述铁心片叠接的准确性，提高变压器铁心1的直流叠加特性，而不会因为各层所述铁心槽200之间相距较近的影响，导致提高直流叠加特性不明显。

实施例二

提供一组铁心片，所述铁心片包括一对顶层和底层的外铁心片10，以及多个待加工的内铁心片20；

同时确定所述内铁心片20的开槽预设位置，通过多冲孔上模和多定位下模的方式对所述内铁心片20一次冲模成型，其中，依次摆放所述内铁心片20，确定各个所述内铁心片20的开槽预设位置，一次冲模多个铁心槽200于所述内铁心片20，得到带有不同铁心槽200位置的硅钢片各一个；

根据各个所述内铁心片20的铁心槽200位置，依次粘接叠加各个所述内铁心片20，完成所述内铁心片20的叠接；以及

将所述外铁心片10分别粘接于所述内铁心片20的底层与顶层，以用于封闭所述内铁心片20底层与顶层铁心槽200。从而，完成所述变压器铁心1的制造。

所述制造过程可有效避免所述内铁心片20排列杂乱的现象，提高所述铁心片叠接的准确性，提高变压器铁心1的直流叠加特性，而不会因为各层所述铁心槽200之间相距较近的影响，导致提高直流叠加特性不明显。

实施例三

提供多组铁心片，每组所述铁心片包括一对顶层和底层的外铁心片10，以及多个待加工的内铁心片20；

将所述内铁心片20分组，将相同加工位置的所述铁心片分为一组；

确定各组内铁心片20的开槽预设位置，通过钻床在各个小组的开槽中心位置打圆孔；

通过所述圆孔线切割于所述内铁心片20，以用于所述内铁心片20的开槽处理，使得各个所述内铁心片20上设有至少一个铁心槽200；

分区摆放带有所述铁心槽200的内铁心片20，将同一开槽位置的所述内铁心片20放置于同一区中，并且按所述开槽位置依次摆放所述内铁心片20；

依次取出各区的一片内铁心片20按顺序粘接叠加，完成所述内铁心片20的叠接；以及

将所述外铁心片10分别粘接于所述内铁心片20的底层与顶层，以用于封闭所述内铁心片20底层与顶层铁心槽200。从而，完成所述变压器铁心1的制造。

所述制造过程有利于在所述内铁心片20上的准确开槽，开槽位置精确，开槽处光滑，可有效避免制造过程中，所述内铁心片20排列杂乱的现象，提高所述铁心片叠接的准确性，提高变压器铁心1的直流叠加特性，而不会因为各层所述铁心槽200之间相距较近的影响，导致提高直流叠加特性不明显。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种变压器铁心，其特征在于，包括：

一对外铁心片；以及

设置于所述外铁心片之间的多个内铁心片，各个所述内铁心片有至少一个铁心槽，以用于增加所述内铁心片的磁阻，其中，各个所述内铁心片面-面叠接于所述外铁心片之间，所述铁心槽形成于所述内铁心片的预设位置，所述预设位置适于各个所述内铁心片的铁心槽错位排布，以用于封闭各层的所述铁心槽。

2.根据权利要求1所述的变压器铁心，其特征在于，所述外铁心片包括一对外心柱以及连接所述外心柱的外铁轭，相对应地，所述内铁心片包括一对内心柱以及连接所述内心柱的内铁轭，所述铁心槽形成于所述内铁轭，所述外铁轭叠接封闭相邻的所述铁心槽。

3.根据权利要求2所述的变压器铁心，其特征在于，每层所述内铁心片上的铁心槽错位排列，使得所述铁心槽在所述内铁心片的同一纵向截面上无相对排列或两个所述铁心槽在同一纵向截面上有一预设间隔，所述预设间隔适于所述铁心槽之间无电感降低叠加。

4.根据权利要求3所述的变压器铁心，其特征在于，所述铁心槽的径向宽度与所述铁心槽到所述内铁心片的边缘之间距离的比例为1∶1∶1。

5.根据权利要求4所述的变压器铁心，其特征在于，所述外铁心片与所述内铁芯片的材质是硅钢片或非晶合金。

6.根据权利要求1至4中任一所述的变压器铁心，其特征在于，所述外铁心片与所述内铁心片的材质是石墨烯合金，所述石墨烯合金的材料成分组成按重量百分比计为：石墨烯纳米片0.25％至0.3％；铁73％至78％；硼10％至12％；以及镍13至15％。

7.一种变压器铁心制造方法，其特征在于，包括步骤：

S100提供多个铁心片，预留一对外铁心片；

S200根据预设位置在各个所述铁心片上开槽，制得多个内铁心片，其中，各个所述内铁心片设有至少一个铁心槽，所述铁心槽在各个所述内铁心片上的预设位置不同；以及

S300依次粘合叠加所述外铁心片与所述内铁心片，根据各个所述内铁芯片的开槽位置进行叠接，将所述内铁心片叠接于所述外铁心片之间，其中，所述内铁心片的铁心槽相错位。

8.根据权利要求7所述的变压器铁心制造方法，其特征在于，包括步骤：

提供多组铁心片，每组所述铁心片包括一对顶层和底层的外铁心片，以及多个待加工的内铁心片；

将所述内铁心片分组，将相同加工位置的所述铁心片分为一组；

确定各组内铁心片的开槽预设位置，得以通过冲床底模对所述预设位置进行确定；

叠加固定同组内铁心片，通过冲床对同组的所述内铁心片开槽，在各个所述内铁心片上形成铁心槽；

分区摆放带有所述铁心槽的内铁心片，将同一开槽位置的所述内铁心片放置于同一区中，并且按所述开槽位置依次摆放所述内铁心片；

依次取出各区的一片内铁心片按顺序粘接叠加，完成所述内铁心片的叠接；以及

将所述外铁心片分别粘接于所述内铁心片的底层与顶层，以用于封闭所述内铁心片底层与顶层铁心槽。

9.根据权利要求7所述的变压器铁心制造方法，其特征在于，包括步骤：

提供一组铁心片，所述铁心片包括一对顶层和底层的外铁心片，以及多个待加工的内铁心片；

确定所述内铁心片的开槽预设位置，通过多冲孔上模和多定位下模的方式对所述内铁心片一次冲模成型；

根据各个所述内铁心片的铁心槽位置，依次粘接叠加各个所述内铁心片，完成所述内铁心片的叠接；以及

将所述外铁心片分别粘接于所述内铁心片的底层与顶层，以用于封闭所述内铁心片底层与顶层铁心槽。

10.根据权利要求7所述的变压器铁心制造方法，其特征在于，包括步骤：

提供多组铁心片，每组所述铁心片包括一对顶层和底层的外铁心片，以及多个待加工的内铁心片；

将所述内铁心片分组，将相同加工位置的所述铁心片分为一组；

确定各组内铁心片的开槽预设位置，通过钻床在各个小组的开槽中心位置打圆孔；

通过所述圆孔线切割于所述内铁心片，以用于所述内铁心片的开槽处理，使得各个所述内铁心片上设有至少一个铁心槽；

分区摆放带有所述铁心槽的内铁心片，将同一开槽位置的所述内铁心片放置于同一区中，并且按所述开槽位置依次摆放所述内铁心片；

依次取出各区的一片内铁心片按顺序粘接叠加，完成所述内铁心片的叠接；以及

将所述外铁心片分别粘接于所述内铁心片的底层与顶层，以用于封闭所述内铁心片底层与顶层铁心槽。