CN111863397A - 一种一体化卷绕成型的立体变压器铁芯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种一体化卷绕成型的立体变压器铁芯，由长条状硅钢片通过卷绕机连续卷绕成型，成型后的立体变压器铁芯包括三根铁芯柱及分别设于三根铁芯柱顶部和底部的两个对称铁芯轭，每一根铁芯柱横截面为圆内接正多边形，三根铁芯柱以横截面中心为正三角形顶点的结构设置，铁芯轭的截面为半椭圆形的圆环状，所述长条状硅钢片由数控冲剪机冲剪而成。与现有技术相比，本发明具有工艺简化，提高加工效率，更容易实现三相磁回路的平衡，激磁电流小、谐波含量低、运行效率高等优点。

Description

一种一体化卷绕成型的立体变压器铁芯
技术领域
本发明涉及三相变压器铁芯结构和制造技术领域，尤其是涉及一种一体化卷绕成型的立体变压器铁芯。
背景技术
目前，三相变压器的铁芯大多采用平面三相三柱式或平面三相五柱式结构，铁芯柱和铁芯轭位于同一平面内。平面三相三柱式结构存在三相磁路的不对称，导致激磁电流大、谐波含量高、效率低；平面三相五柱式结构增加两个旁轭实现三相磁路的平衡，材料用量增大，仅适用于少量巨型变压器。
随着技术的发展出现了立体三相变压器铁芯，60年代我国曾经试制过立体渐开线式变压器，铁芯轭采用带状硅钢片卷绕制成，铁芯柱采用渐开线形状的硅钢片插合压装制成，然而铁芯轭和铁芯柱之间磁阻大，激磁电流大并且制造工艺复杂，因此尚未在生产中获得实际应用。
变压器铁芯制造工艺分为叠片插入式和卷绕式。叠片插入式制造工艺成熟，如专利ZL01205470.4提出的立体三相变压器铁芯采用叠片插入式制造工艺，该工艺首先制造三个独立的铁芯柱、铁芯轭插接在一起的铁芯，然后将三个独立铁芯通过铁芯柱两两拼接而成，然而这种工艺生产效率较低，且该铁芯由于磁阻大极易导致激磁电流大、谐波含量高、效率低等问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种一体化卷绕成型的立体变压器铁芯。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种一体化卷绕成型的立体变压器铁芯，由一根长条状硅钢片通过卷绕机连续卷绕一体成型，长条状硅钢片由数控冲剪机冲剪而成。通过卷绕机连续卷绕成型后的立体变压器铁芯包括三根铁芯柱及分别设于三根铁芯柱顶部和底部的两个对称铁芯轭，三根铁芯柱以横截面中心为正三角形顶点的结构设置，每一根铁芯柱的横截面为圆内接正多边形结构。所述铁芯轭的截面为半椭圆形的圆环状结构，具体地，所述铁芯轭为半环状体结构，铁芯轭的截面一侧为半椭圆面的内接多边形，另一侧为平直直线。
进一步地，所述长条状硅钢片包括硅钢片本体和穿透硅钢片本体上的多个铁芯窗口，每三个铁芯窗口等间隔设置作为一组，各组铁芯窗口之间互联为一体，三个铁芯窗口与相应的硅钢片本体用于卷绕一层变压器铁芯，长条状硅钢片卷绕后，铁芯窗口形成变压器窗口，硅钢片本体形成铁芯柱和铁芯轭。所述铁芯窗口为矩形口结构。
进一步地，矩形口结构的铁芯窗口的顶部与硅钢片本体的顶部之间的高度对应所述铁芯轭的高度，同组相邻铁芯窗口之间的宽度对应所述铁芯柱的宽度，铁芯窗口的高度对应变压器窗口高度，铁芯窗口的宽度对应变压器窗口宽度，铁芯柱的宽度、铁芯轭的高度、铁芯窗口的宽度尺寸呈分段线性比例变化，分段的总数为奇数，铁芯窗口的高度尺寸保持不变。铁芯柱的宽度、铁芯轭的宽度、铁芯窗口的宽度尺寸呈分段线性比例根据横截面为圆内接正多边形的铁芯柱计算，冲剪过程中协同调整。
进一步地，铁芯轭的高度、铁芯柱的宽度先分段线性增大，再分段线性减小，中间段为最大尺寸，线性增大的段数等于线性减小的段数，同一层铁芯轭的高度为铁芯柱的宽度的0.577倍。
经冲剪卷绕制成的变压器铁芯经过退火处理、绝缘处理后安装绕组。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)本发明铁芯采用硅钢片一体化加工成型方法，利用专用的协同工作的冲剪机和卷绕机，使铁芯柱、铁芯轭及其连接处无接缝和拼接，工艺简化，提高了加工效率，且同一长条状硅钢片在同一加工设备冲剪卷绕成型，材料、冲剪精度、卷绕应力等参数一致性好，更容易实现三相磁回路的平衡；
2)本发明利用长条状硅钢片一体化加工成立体铁芯，相比于平面三相柱式结构，一体化卷绕成型的立体变压器铁芯因无接缝和拼接运行时磁阻小、铁芯不容易饱和，激磁电流小、谐波含量低、运行效率高。
3)本发明铁芯采用硅钢片一体化加工成型方法，无需其他辅助部件，大大节省了材料，进一步提高变压器的生产效率，可推动变压器生产的智能化，提高适用范围。
附图说明
图1为实施例中一体化卷绕成型的立体变压器铁芯的主视结构示意图；
图2为实施例中经数控冲剪机冲剪后的长条状硅钢片的结构示意图；
图3为实施例中一体化卷绕成型的立体变压器铁芯的铁芯柱的截面示意图；
图4为实施例中一体化卷绕成型的立体变压器铁芯的铁芯轭的截面示意图；
图中标号所示：
1、铁芯柱，2、铁芯轭，3、长条状硅钢片，4、硅钢片本体，5、铁芯窗口，6、变压器窗口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
实施例
本发明涉及一种一体化卷绕成型的立体变压器铁芯，该铁芯由长条状硅钢片3通过数控冲剪机冲剪和卷绕机连续卷绕一体成型，卷绕成型的变压器铁芯包括3根铁芯柱1和两个铁芯轭2，3根铁芯柱1按照横截面为圆内接正多边形、中心为正三角形顶点的结构设置，两个铁芯轭2对称设置在3根铁芯柱1顶部和底部，如图1所示。
铁芯柱1与铁芯轭2之间无拼接，由一张长条状硅钢片3连续卷绕而成。图2示出了长条状硅钢片3的结构。长条状硅钢片3由数控冲剪机冲剪而成，冲剪后的硅钢片包括硅钢片本体4以及设于本体上的多个铁芯窗口5，每三个铁芯窗口5等间隔设置作为一组，多组铁芯窗口5之间互联为一体。三个铁芯窗口5与相应的硅钢片本体4用于卷绕一层变压器铁芯。长条状硅钢片3卷绕后，铁芯窗口5形成变压器窗口6，硅钢片本体4形成铁芯柱1和铁芯轭2。铁芯窗口5为矩形口结构。图2中的尺寸a、b、h、w对应图1中相应硅钢片的铁芯轭2的高度、铁芯柱1的宽度、变压器窗口6的高度、变压器窗口6的宽度(两铁芯柱1之间的圆弧长度)。
附图3、图4示出了卷绕后的铁芯柱1截面和铁芯轭2截面。铁芯柱1横截面为圆内接正多边形；铁芯轭2为半环状体结构，铁芯轭2截面为一侧半椭圆面的内接多边形，另一侧为平直的。两个铁芯轭2的平面对应设置。即铁芯轭2的截面靠近绕组一侧是平直的。三个铁芯柱1相同高度的中心点位于正三角形的顶点，铁芯轭2与铁芯柱1连接处的叠片是平直的，非连接处的铁芯轭2叠片卷绕成向外的圆弧状，铁芯轭2整体为与铁芯柱1连接处间断的半圆环状，变压器窗口6的高度处处相等，更方便在铁芯柱1安装绕组，安装的绕组为环形绕组，材料用量少。
加工过程中，卷绕机由内向外连续卷绕由剪切机加工的长条状硅钢片3，根据铁芯柱1的截面为圆内接多边形的要求，尺寸a、b先分段线性增大，再分段线性减小(总的分段数为奇数段，中间段尺寸a、b保持最大，线性增大的段数等于线性减小的段数)，并且满足a：b＝0.577：1(同一层铁芯轭2高度为铁芯柱1宽度的0.577倍)。尺寸h始终保持不变，确保铁芯轭2靠近绕组一侧是平直的，便于安装绕组。尺寸w随尺寸a及相应硅钢片到铁芯几何中心线距离的变化而调整。具体地，铁芯柱1宽度、铁芯轭2的高度、铁芯窗口5的宽度尺寸分段线性比例的变化可通过编程计算，冲剪过程中协同调整。
铁芯加工成型后，对铁芯进行退火处理，恢复并优化硅钢片的磁性能和机械性能，再进行绝缘处理，例如对铁芯柱和铁芯轭用绝缘材料进行包扎等工艺，最后进入安装绕组工序。
本发明从实现三相磁回路平衡、简化生产制造工艺出发，从生产和变压器运行两个角度考虑，采用铁芯一体化加工成型，铁芯柱、铁芯轭及其连接处无接缝和拼接，更容易实现三相磁回路的平衡，工艺简化，加工效率高；变压器运行时因为磁阻小、铁芯不容易饱和，激磁电流小、谐波含量低、运行效率高。与现有技术相比，本技术方案对变压器的生产和运行都具有较大的优势。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种一体化卷绕成型的立体变压器铁芯，其特征在于，由一根长条状硅钢片通过卷绕机连续卷绕一体成型，成型后的立体变压器铁芯包括三根铁芯柱及分别设于三根铁芯柱顶部和底部的两个对称铁芯轭，三根铁芯柱以横截面中心为正三角形顶点的结构设置，所述铁芯轭的截面为半椭圆形的圆环状结构。
2.根据权利要求1所述的一种一体化卷绕成型的立体变压器铁芯，其特征在于，所述长条状硅钢片包括硅钢片本体和穿透硅钢片本体上的多个铁芯窗口，每三个铁芯窗口等间隔设置作为一组，各组铁芯窗口之间互联为一体，三个铁芯窗口与相应的硅钢片本体用于卷绕一层变压器铁芯，长条状硅钢片卷绕后，铁芯窗口形成变压器窗口，硅钢片本体形成铁芯柱和铁芯轭。
3.根据权利要求2所述的一种一体化卷绕成型的立体变压器铁芯，其特征在于，所述铁芯窗口为矩形口结构。
4.根据权利要求3所述的一种一体化卷绕成型的立体变压器铁芯，其特征在于，所述铁芯柱的横截面为圆内接正多边形结构。
5.根据权利要求1所述的一种一体化卷绕成型的立体变压器铁芯，其特征在于，所述铁芯轭为半环状体结构，所述铁芯轭的截面一侧为半椭圆面的内接多边形，另一侧为平直直线。
6.根据权利要求4所述的一种一体化卷绕成型的立体变压器铁芯，其特征在于，矩形口结构的铁芯窗口的顶部与硅钢片本体的顶部之间的高度对应所述铁芯轭的高度，同组相邻铁芯窗口之间的宽度对应所述铁芯柱的宽度，铁芯窗口的高度对应变压器窗口高度，铁芯窗口的宽度对应变压器窗口宽度，铁芯柱的宽度、铁芯轭的高度、铁芯窗口的宽度尺寸呈分段线性比例变化，分段的总数为奇数，铁芯窗口的高度尺寸保持不变。
7.根据权利要求6所述的一种一体化卷绕成型的立体变压器铁芯，其特征在于，铁芯柱的宽度、铁芯轭的宽度、铁芯窗口的宽度尺寸呈分段线性比例根据横截面为圆内接正多边形的铁芯柱计算，冲剪过程中协同调整。
8.根据权利要求6所述的一种一体化卷绕成型的立体变压器铁芯，其特征在于，铁芯轭的高度、铁芯柱的宽度先分段线性增大，再分段线性减小，中间段为最大尺寸，线性增大的段数等于线性减小的段数，同一层铁芯轭的高度为铁芯柱的宽度的0.577倍。
9.根据权利要求1所述的一种一体化卷绕成型的立体变压器铁芯，其特征在于，所述长条状硅钢片由数控冲剪机冲剪而成。
10.根据权利要求9所述的一种一体化卷绕成型的立体变压器铁芯，其特征在于，经冲剪卷绕制成的变压器铁芯经过退火处理、绝缘处理后安装绕组。
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