CN116137925A - 制造磁路回路的方法 - Google Patents

Abstract

一种由磁条制造用于多相变压器的磁路回路的方法，该方法包括以下步骤：a)提供沿纵轴线延伸的圆柱辊形式的具有恒定宽度的磁条；b)通过将辊切割成段来制造第一和第二半辊，这两个半辊具有纵轴线，每个都包括包括相应边界表面，一旦所述半辊与另一半辊分离就形成所述相应边界表面，相对于所述纵轴线倾斜地切割所述辊，使得第一半辊包括第一回路，所述第一回路相对于其纵轴线向外定向的边界表面：而第二半辊的边界表面与第一半辊的边界表面相反地定向；c)将第一和第二半辊对准以形成两个回路，包括在心轴上反向展开和重绕第二半辊的至少一个子步骤。

Description

制造磁路回路的方法

技术领域

本发明涉及用于例如三相电源变压器这样的磁感应装置的磁路，更具体说涉及用于构成此类磁路的回路制造方法。

背景技术

电源变压器包括一种通常称为磁芯的磁路，以及环绕该磁路放置以确保电感耦合的线圈组件。

参考附图1，三相变压器1的磁路2能够以已知方式为三维棱柱形笼的形式，其由通过彼此相对以60°角成三角形地延伸而成对地并置的三个回路3结合形成。这些回路3为棱柱形，即每个都具有通常矩形的轮廓，并且被成形以使每个回路具有相对于相应回路的延伸平面成30°的角延伸的倾斜接合表面4。回路3在它们的接合处成对地形成成列6的磁路2，线圈组件7环绕每列放置。实际上，线圈组件的组装导致将每个回路3分成两个半回路，每个半回路呈现字母U的形式，并且每个半回路包括然后通过使切割面保持面对面来整体地重构通过线圈组件的两个切割面。

通常通过堆叠磁性材料层制造回路3。制造商们采用以获取此类叠层的方法之一是将磁条带缠绕在矩形截面心轴周围。

为了在通过缠绕带材制造回路3时限定倾斜的接合表面4，现有技术已知的第一种方法包括在环绕矩形截面心轴的绕组上游通过激光切割来调节带的宽度。然而，实际上，使用该方法揭示了毛刺的出现，即沿切割边缘不规则地形成的过量材料，其为一旦进行绕组在层之间的短路和不期望空间的来源。

如图2所示，预切割条带的替代方法包括在矩形截面心轴周围缠绕恒定宽度的磁条带8，然后通过机加工、电蚀或水射流切割对边缘进行倒角，标记为H。该方法可以克服在激光切割带材时注意到的表面缺陷，但仍然总是以相同方式导致昂贵的材料碎片。既产生损失又耗时的该方法因此似乎是完美的。

因此，本发明的目的是提出一种磁路回路的制造解决方案，其可以限制材料的浪费和总体制造成本。

发明内容

为此，本发明涉及一种由磁条制造用于多相变压器的磁路回路的方法，该方法包括至少以下步骤：

a)提供沿纵轴线延伸的圆柱辊形式的具有恒定宽度的磁条；

b)将所述辊切割成段，以从中提取具有纵轴线的第一和第二半辊，所述第一和第二半辊每个都包括相应边界表面，一旦所述第一和第二半辊与另一半辊分离就形成所述相应边界表面，相对于所述纵轴线倾斜地切割所述辊，使得边界表面的定向相反：第一半辊包括相对于其纵轴线向外定向的边界表面，而第二半辊包括相对其纵轴线向内定向的边界表面；

c)将所述第一和第二半辊对准一致以形成两个回路，包括在心轴上反向展开和重绕所述第二半辊的至少一个子步骤。

对于该解决方案，相对于根据现有技术的回路的制造，材料碎片以及因此制造成本受到限制，所述现有技术需要在心轴上形成线圈，然后进行边缘倒角。

本发明还涉及一种因此限定的回路制造方法，其中，使第一和第二半辊对准一致c)包括矫直在心轴上反向展开和重绕第二半辊的步骤结束时出现的凸面的子步骤，该凸面对应于在反向展开和重绕子步骤结束时边界表面的轮廓，使得矫直后第二半辊的边界表面定向对应于第一半辊的边缘表面定向。

本发明还涉及一种因此限定的回路制造方法，包括在心轴上反向展开和重绕的子步骤之前挖空第二半辊的边界表面的子步骤，该挖空子步骤防止出现与反向重绕之后的边界表面轮廓对应的凸面，使得在心轴上反向展开和重绕结束时第二半辊的边界表面的定向对应于第一半辊的边缘表面轮廓。

本发明还涉及一种因此限定的回路制造方法，包括在使第一和第二半辊对准一致的步骤之后形状过渡的额外步骤d)，该形状过渡步骤d)包括在具有非圆形截面的另一心轴上竖直地展开和重绕第一半辊和第二半辊。

本发明还涉及一种因此限定的回路制造方法，其中，另一心轴具有通常矩形截面。

本发明还涉及一种因此限定的回路制造方法，

其中，心轴具有非圆形截面；以及

其中，使第一和第二半辊对准一致的步骤包括在心轴上竖直展开和重绕第一半辊的额外子步骤。

本发明还涉及一种因此限定的回路制造方法，其中，心轴具有通常矩形截面。

本发明还涉及一种多相变压器的磁路制造方法，包括：

-根据因此限定的回路制造方法制造至少三个回路，

-用于形成闭合轮廓的回路的端对端布置，回路在其边界表面处接触。

本发明还涉及一种电源变压器的制造方法，所述电源变压器包括具有三维笼形的磁路，该磁路由沿闭合轮廓端对端布置的多个回路形成，根据因此限定的回路制造方法制造所述多个回路的两个回路。

附图说明

已经描述的图1是包括磁路和线圈组件的三相变压器的示意性透视图；

已经描述的图2是磁路的局部示意性透视图；

图3示出了通过在圆柱形心轴上缠绕磁条带来制造辊的步骤，基于所述步骤制造了回路；

图4示出了将图3的辊切割成段的步骤；

图5是在切割成段的步骤结束时获得的第一和第二半辊的示意图；

图6示出了在矩形截面心轴上竖直展开和重绕第一半辊的步骤；

图7和

图8示出了在圆形截面心轴上反向展开和重绕第二半辊的步骤；

图9示出了矫直凸面的步骤；

图10A示出了挖空第二半辊以防止出现凸面的步骤；

图10B示出了同时使将图3的辊切割成段以形成第一和第二半辊和挖空第二半辊以防止出现凸面关联的步骤；

图11示出了在挖空步骤后在矩形截面心轴上反向展开和重绕第二半辊的步骤；

图12是根据本发明的回路制造的两种可能方法的流程图；

图13示出了在心轴直径和切削值角之间的关系。

具体实施方式

根据本发明的方法是期望优化由磁条带制造图1的磁路2的回路3。

本发明的思想是相对于应用于非圆形轮廓(例如回路3的矩形轮廓)的加工操作，基于应用于部件的圆形轮廓的加工操作的改进兼容性。

关于该原理，根据本发明的回路3的制造方法从步骤A开始，所述步骤A通过具有圆形截面和纵轴线X的第一心轴12周围缠绕具有恒定厚度和宽度尺寸的磁条带13，形成具有圆柱形截面/轮廓的辊，所述辊在图3中标记为11。

然后，在切割成段的步骤中通过有利地使用标记为B的平行车床从辊11取出形状互补且体积相等的两个半辊14、16。在该方法结束时，这两个半辊14，16将变成磁路的两个回路3。

为此，通过在平行车床的工件保持器上具有同心夹紧功能的夹爪将辊11保持在其纵向端的任一侧上，该组件由主轴驱动旋转，辊的纵轴线X对应于主轴的旋转轴。

切割成段的步骤B包括当辊11绕其纵轴线X旋转时，从辊11的外围轮廓加工一恒定宽度的凹槽，以用切割工具穿过该辊，图4中用17表示所述切割工具。切割工具以直线方式沿相对于该纵轴线X以角度θ延伸的驱动方向Y移动。在切割成段之后，随后获得具有相应纵轴线X14、X16的第一和第二半辊14、16。本发明有利地沿旋转方向驱动辊11，这往往收紧通过缠绕磁条带13形成的螺旋，从而消除了在切割成段过程中的带变形。

由于该切割成段的步骤B，所获得的两个半辊14、16每个都包括由切割工具形成的标记为14a、16a的相应边界表面，如图4所示。这些边界表面14a、16a为截头圆锥形，并且相对于相应半辊14、16的整个平面以相等的角度延伸。

参考图4，第一半辊14具有称为“外”或“外向”边界表面的边界表面14a，因为垂直于该表面的任何矢量V14都不与纵轴X14相交；而相反方向的第二半辊16的边界表面16a被称为“内”或“凹入”边界表面，因为垂直于该表面的任何矢量V16与纵轴线X16相交。此外，实施切割成段的步骤B，使得在第一半辊14的内周和外周处测量的第一半辊14的纵向范围分别对应于第二半辊16的外周和内周处的纵向范围。换句话说，第二半辊16的横截面对应于第一半辊14的切割后翻转横截面。

该切割成段的步骤B易于实施并且具体适于加工具有圆形轮廓的部件，可以形成截头圆锥形边界表面14a、16a，每个截头圆锥形边缘表面都旨在变成具有图1的矩形轮廓的回路3的倾斜接合表面4。在切割成段的步骤之后，对第一和第二半辊14、16成形以与回路3的结构一致。

在图1和2的示例中，回路3每个都具有相对于回路平面以30°角延伸的倾斜接合表面4。在这方面，本发明明智地规定：

-用于形成辊11的第一心轴12的直径对应于回路3的内部轮廓长度，

-调节所使用的磁条带13的长度，使得辊11具有与待形成的回路3相等的厚度，此外，

-相对于辊11的纵轴线X测量的切割角θ的值即为60°。

基于此，参考附图6至9，将根据根据本发明的方法的第一实施例描述回路3的成形。第一半辊14具有与图1所示的回路3的横截面对应的横截面，特别地相对于其边界表面14a，但具有圆形轮廓，即不同于预期矩形轮廓。在这方面，在第一半辊14上用于形成回路3的操作包括从圆形轮廓到矩形轮廓的单一形状过渡。

为此，与由第一半辊14制造磁路的第一回路3相关联的方法步骤包括将其展开以将其重绕在第二心轴15周围，所述第二心轴15的：

-圆周等于用于形成辊11的第一圆形心轴12的直径；以及

-截面对应于回路3的内轮廓，即通常矩形，以与图1的示例一致。

该重绕竖直地进行，使得磁条13的层等同地堆叠。换句话说，如图6所示，以其圆形轮廓限定第一半辊14的外周的层仍然对应于限定由此获得的回路3的外周的层。

关于第二半辊16，其横截面和形状都不同于图1所示的回路3的所预期的横截面和形状。

在这方面，本发明提供了区段过渡步骤，以使第二半辊16在其切割后状态下与第一半辊14等同，这在实施形状过渡步骤以获得第二回路3之前。该区段过渡步骤在标记为C2和D2的两个连续子步骤中形成。参考图7和8，第一子步骤C2包括通过同时将第二半辊16反向重绕在具有圆形轮廓且直径等于首次使用的心轴12的第三心轴18周围以形成辊11，展开第二半辊16。与竖直重绕相反，该反向重绕导致磁条层13反向地堆叠。具体地，在切割步骤结束时限定第二半辊16的外周的带材层对应于在第一步骤结束时其状态下限定第二半辊的内周的层，标记为16’。

参考图7，已经发现在子步骤C2结束时，出现了凸面K和条纹或凹槽J。这些条纹J由磁条层13的切割角度反转引起。关于凸面K，其由在子步骤C2之前观察到的磁条13的长度在以下之间的差所引起：

-从点A到点B测量的第一长度，所述点A和点B位于边界表面16a上，分别在第二半辊16的横截面的外周和中线T处，以及

-从点B到点C所测量的第二长度，该点C位于边界表面16a上并且在第二半辊16的内周处。

通过考虑分别对应于点A、B和C的点A’、B’和C’，一旦发生了反向重绕，即在子步骤C2结束时，所发现的该长度差异导致在子步骤C1之后与分离点B’和C’的磁条层相比更多的分离点A’和B’的磁条层13，从而形成凸面K。

在这方面，应当理解的是，第一子步骤C2并不允许找到第一半辊14的截面，第二子步骤D2旨在校正所述截面。该第二子步骤D2包括有利地用平行车床和包络加工工具19进行的矫直凸面K的操作，所述包络加工工具相对于半辊16’的轴线以角度θ沿倾斜平面线性地位移。移除该凸面K导致第二半辊(在该阶段标记为16’)与第一半辊14大致一致。

假定使第二半辊16成形的第一步骤往往使其与第一半辊14等同，使第二半辊成形的下一步骤对应于所描述的步骤C1，以获得回路3，即，包括通过在通常矩形截面的第二心轴15上竖直重绕而形成的形状过渡。

在切割成段的步骤B结束时，已经根据本发明的第一实施例在以上解释了由第二半辊16成形回路3。该第一实施例通过机加工凸面K来移除，所述凸面K在反向重绕(子步骤C2和D2)之后由于边界表面16a的截头圆锥形特征而出现。

可替代地，根据第二实施例，该方法旨在通过挖空第二半辊16的边界表面16a来防止凸面K的出现，使得反向重绕产生基本直线而非弯曲的发生器表面。如所理解的，该方法的第二实施例在第二半辊16的成形方面不同于第一实施例。

更具体说，并且参照附图10A，在两个连续步骤中确保了根据第二实施例的第二半辊16的成形。有利地通过用平行车床和包络加工工具20进行矫直来实施包括挖空边界表面16a以产生反凸面的第一步骤，所述平行车床引入第二半辊16绕其轴线X16的旋转，所述包络加工工具沿曲线移动以进行加工。

在标记为E的第一步骤结束时，第二步骤F包括在第一步骤E结束时，通过将标记为16”’的第二半辊同时反向重绕在如前所述的具有通常矩形截面的第二心轴15周围，展开第二半辊。如所理解的，控制工具20的轨迹，使得标记为16a”’的源于其通道的反凸面表面抵消如图7的底部上所述的初始磁条带长度13的差异。

在步骤F结束时，通过特别地包括标记为R的基本直线的发电机表面，第二半辊通常对应于如图1图示的回路3，但通过一锯齿状、不光滑的接合表面局部地区分。该识别的特性源于在反向重绕之后磁条层13的切割角度反转，其导致条纹J出现。

实践中，在形成如图1所示的三相变压器1的磁路2的情况下，使用具有锯齿形接合表面而非光滑接合表面的回路并不受限制。由于磁通量在这种磁路2的框架内并不从一个回路循环到另一回路，因而不必严格地确保并置回路3的接合表面4的平坦支撑接触。

然而，在不脱离本发明的范围的情况下，可以考虑提供额外步骤旨在矫直条纹J以便严格地符合图1和2所示的回路3的形态。在这种情况下，可能需要第二半辊16在切割成段时稍微更长以补偿所操作的材料移除。

实践中，可以直接在将辊11切割成段的过程中挖空边界表面16a，以防止凸面的出现。换句话说，根据本发明的第二实施例，可以合并步骤B和E。在切割成段的步骤B结束时当分离两个半辊14和16变得过于限制时，该特征特别地有利，这对于实施如图10A所示的挖空边界表面16a的步骤E很必要。参考图10B，切割成段B和第一步骤E的关联(标记为BE)通常与图4所示的切割成段的步骤B类似地实施，但通过所使用的工具和切割操作来由此区分。

更具体说，相对于其头部，即从其有源部分到材料的切割，标记为21的切割工具与在如图所示的切割成段的步骤B的情况下所使用的工具20不同。在步骤B过程中使用的工具20头部呈斜面形式，通过在工具的端部形成末端，所述斜面连续地延伸，而不在支撑头部的杆的延伸部中形成任何不连续性。工具21的头部也呈在杆的延伸部中延伸的斜面形式，以在工具的端部形成第一末端21a，而且通过在接合处形成第二末端21b而横向地突出。

与步骤B中的工具20一样，工具21在步骤BE中以直线方式沿相对于该纵轴线X以角度θ延伸的驱动方向Y整体地位移。此外，环绕第二末端21b运行工具21的定向变化，形成仅沿驱动方向Y位移的枢转点，使得：

-通过第二末端的通道，第一半辊14的边界表面14a形成为截头圆锥形；以及

-第二半辊16”的反凸面16a”由第一点21a的通道形成，当工具21的定向变化时，所述第一点烟曲线移动。

在由具有圆柱形轮廓和倒置截面的两个半辊14和16制造一对棱柱形回路3的情况下解释了根据本发明的方法，所述半辊通过切割成段而从磁条13的辊11取出。参考图12的概要流程图，第一回路的制造基于单一形状过渡操作C1，其包括在具有通常矩形截面的心轴15上竖直展开和重绕半辊14，而另一回路的制造可以根据两个协议进行，所述两个协议：

-需要施加到另一半辊16的截面过渡和形状过渡，对于每个协议都意味着反向展开和重绕C2，F的步骤；

-在用于通过凸面K的出现来解决回路不一致性问题的方式上特别地不同：其中一个协议要求一旦凸面K在反向重绕C2时出现，就通过机械加工凸面K移除的步骤D2，而另一协议相反则需要通过在反向重绕步骤F上游形成中空的反弯曲表面来预测和克服这种凸面K的出现。反凸面表面可以在切割成段的步骤B后与使第一和第二半辊对准一致相关联的步骤E中形成，或者在步骤BE中与切割成段同时形成。

为了限制执行次数和带碎片，本发明明智地通过在具有通常矩形截面的心轴15上重绕而对半辊16进行形状修改之前车削，实施所考虑协议的加工步骤D2、E。

具有最少步骤的方法包括对步骤A、B、BE、F，然后C1进行排序。

为了制造图1的回路3，已经通过考虑某些尺寸标准描述了根据本发明的方法的不同步骤，即：

-第一、第二和第三使用的心轴12、15、18具有值与回路3的内圆周对应的等同直径，

-调节所使用的磁条13的长度，使得辊11的厚度与待成形的回路3相等，

-角θ的值为60°。

关于基本矩形截面的第二心轴15，应当理解的是，作为最后的目标心轴，半辊缠绕在其上以采用回路3的形状，其周长必须对应于内回路圆周。然而，基于以下将参考图13一般地解释的几何连杆直径角θ的存在，本发明并不限于符合关于第一和第三心轴12和18以及切削角值θ的上述直径标准。

在图13中，图示了符合上述尺寸标准的“控制”构造。该控制构造包括第一心轴M，其直径对应于图1的回路3的内圆周，并且其承载一个以60°角切割成段而成的半辊P。通过应用如该阶段所述的方法，该半辊P成为图1所限定的回路。将标注尺寸J，其对应于使在心轴上投影的长度与通过切割成段形成的边界表面分离的距离。

第一构造与控制构造的不同在于，其具有直径与控制心轴M相比更大的心轴M1，所述心轴承载由长度与控制构造中所使用的长度相等的带形成的半辊P1(通过考虑在切割成段后材料的下落)，以呈现与控制半辊P相等的带体积。通过应用该方法，可以形成图1所示的回路3，所述回路3的切割角θ1小于60°，并且其被限定以与尺寸J一致。

第二构造与控制构造的不同在于，其具有这次直径与控制心轴M相比更小的心轴M2，该心轴承载由长度与控制构造中所使用的相等的带形成的半辊P2。还可以通过应用根据本发明的方法形成根据图1的回路3，所述回路的切割角θ2大于60°，并且被限定以与尺寸J一致。

如所理解的那样，通过允许调节步骤B和D2的角度值θ以及在步骤A和C2中引入的第一和第三心轴12、18的直径以制造根据图1的回路3，从而确认了实施根据本发明的方法的柔性。

还应注意到的是，根据本发明的方法并不限于制造采用图1的特定形态的回路。

实际上，应该理解的是，根据本发明的方法并不限于通过仅根据需要限定角度θ，制造具有相对于回路平面以30°角延伸的接合表面的回路。

类似地，在不脱离本发明的范围的情况下，实际上可以考虑任何类型的回路3形状。具体地，这意味着可以由截面与待制造的回路形状适配的心轴代替第二矩形截面心轴15。

特别是，可以考虑借助根据本发明的方法，即不涉及第二矩形截面心轴15，制造具有圆形轮廓的回路。

而且，本发明提供了通过额外加工操作来丰富该方法的可能性，所述额外加工操作有利地在车削中进行，例如通过纵向车削和矫直，例如用于限定在图4和5的示例中标记为14b、16b，也在图1中示出但未标注的角表面。

特别是，在步骤B中，标记为14b的角表面可很容易矫直。标记为16b的角表面可很容易在步骤D2中矫直，而且由于反凸面，在步骤B或E中也更难以矫直。在形成标记为14b的角表面的情况下，该反凸面并不必要，因为它在图1的磁路1组件中不太明显和在外部。

最后，在由磁条带13制成的辊11分成两个相同体积的半辊14、16的情况下，描述了本发明。在这种情况下，应该理解的是，关于待制造的回路尺寸限定了用于形成辊11的磁条13的宽度和长度。由于三相变压器包括三个回路，因此可以考虑对辊11标出尺寸，以便能够明智地从其抽出每个都由第一和第二互补半辊14、16形成的若干对。具体地，当期望制造至少两个回路时，应用根据本发明的方法可以限制制造成本。

Claims (10)

1.一种由磁条(13)制造用于多相变压器(1)的磁路(2)的回路(3)的方法，该方法至少包括以下步骤：

a)提供沿纵轴线(X)延伸的圆柱形辊(11)形式的具有恒定宽度的磁条(13)；

b)将所述辊(11)切割成段，以从中提取具有纵轴线(X14；X16)的第一和第二半辊(14；16)，其中，每个半辊均包括相应的边界表面(14a；16a)，一旦所述半辊与另一半辊(14；16)分离就形成所述边界表面，其中，相对于所述纵轴线(X)倾斜地切割所述辊，使得所述边界表面(14a；16a)的方向相对：第一半辊(14)包括相对于其纵轴线(X14)向外定向的边界表面(14a)，而第二半辊(16)包括相对其纵轴线(X16)向内定向的边界表面(16a)；

c)将所述第一和第二半辊(14、16)对准一致以形成两个回路(3)，包括在一心轴(15、18)上反向展开和重绕所述第二半辊的至少一个子步骤。

2.根据权利要求1所述的制造回路的方法，其中，使第一和第二半辊(14、16)对准一致c)包括矫直在心轴(18)上反向展开和重绕第二半辊(16)的步骤结束时出现的凸面(K)的子步骤，其中，该凸面(K)对应于在反向展开和重绕子步骤结束时边界表面(16a)的轮廓，使得矫直后第二半辊(16)的边界表面(16a)的方向对应于第一半辊(14)的边缘表面(14a)的方向。

3.根据权利要求1所述的制造回路的方法，包括在心轴(15)上反向展开和重绕的子步骤之前挖空第二半辊(16)的边界表面(16a)的子步骤，其中，该挖空子步骤防止出现与反向重绕之后的边界表面(16a)的轮廓对应的凸面(K)，使得在心轴(15)上反向展开和重绕结束时第二半辊(16)的边界表面(16a)的方向对应于第一半辊(14)的边缘表面(14a)的轮廓。

4.根据权利要求2所述的制造回路的方法，包括在使第一和第二半辊(14、16)对准一致的步骤之后形状过渡的额外步骤d)，其中，该形状过渡的步骤d)包括在具有非圆形截面的另一心轴(15)上竖直地展开和重绕第一半辊和第二半辊。

5.根据权利要求4所述的制造回路的方法，其中，所述另一心轴(15)具有大致矩形的截面。

6.根据权利要求3所述的制造回路的方法，

其中，所述心轴(15)具有非圆形的截面；以及

其中，使第一和第二半辊(14、16)对准一致的步骤c)包括在所述心轴(15)上竖直展开和重绕第一半辊(14)的子步骤。

7.根据权利要求6所述的制造回路的方法，其中，所述心轴(15)具有大致矩形的截面。

8.根据权利要求1所述的制造回路的方法，其中，所述回路为棱柱形，所述回路具有大致矩形的轮廓。

9.一种制造用于多相变压器(1)的磁路(2)的方法，包括：

-用根据权利要求1所述的方法制造至少三个回路(3)，

-端对端布置所述回路(3)，以形成一闭合的轮廓。

10.一种制造电源变压器(1)的方法，其中，所述电源变压器(1)包括具有三维笼形的磁路(2)，其中，该磁路由沿一闭合的轮廓端对端布置的多个回路(3)形成，其中，根据权利要求1所述的制造方法制造所述电源变压器(1)的至少两个回路(3)。

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