CN1797619A - 一种开口式卷绕铁芯及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及开口式卷绕铁芯及其制造方法，其中，铁芯是由几个形状相同或相近的单框铁芯拼合而成，每个单框是由一根或几根矽钢带卷绕而成，特征是：在每一已卷绕成形的闭口单框的轭部经分层错位切割形成一由多条相互错位分布的短缝组成的切割缝，当该切割缝逐层打开即成为一开口的U形框体；当该U形框体的开口部分交错搭接后即成为磁路闭合的铁芯单框。本发明不仅具有性能优良、噪音低、节省材料和制造成本低的优点，更重要的是由于铁芯开口，变压器线圈可以单独绕制，便于制造与目前叠片式铁芯容量相同的大型变压器，而且铁芯可打开，一旦变压器中线圈损坏，可及时更换线圈。另外，由于采用铁芯卷制后再进行切割的办法制造，不增加铁芯卷绕的难度，制造容易。

Description

一种开口式卷绕铁芯及其制造方法

技术领域

本发明涉及变压器、互感器等之类所用的一种开口式卷绕铁芯及其制造方法。

背景技术

变压器等电器用的铁芯绝大部分采用硅钢片或钢带制造而成，制造方法主要有叠片和卷绕二种。

目前容量在1000kVA以上的大、中型变压器用的铁芯一般为叠片式铁芯，其由硅钢片按一定形状叠成，这种铁芯由于硅钢片片间不够紧密，磁路中存在着空气隙，且局部地方材料的高导磁方向与磁路方向不一致，使铁芯的性能较差，制成的变压器空载损耗较高、噪声较大。

为了克服上述叠片式铁芯的缺陷，通常采用卷绕式铁芯，卷绕式铁芯是由一定形状的矽钢带连续卷绕而成，由该铁芯制成的变压器性能有了明显提高，主要体现在空载损耗低、噪声小。但是卷绕式铁芯的框体均为闭口式，其明显存在下列缺点：

1)变压器线圈绕线时，必须带上该卷绕式铁芯进行绕线，即在铁芯上操作线圈绕线工序，从而给绕线带来了很大困难，影响了生产效率，尤其对于大、中型变压器，甚至无法带铁芯绕线。

2)变压器使用过程中，如发生线圈损坏，根本无法从铁芯上取下线圈进行更换，造成整个变压器报废。

由于上述缺点，制约了闭口式卷绕铁芯的更广泛使用。

为了在大、中型变压器中使用卷绕式铁芯，有业内人士提出了一种矩形截面的开口式卷绕铁芯，其开口是通过铁芯卷绕过程中边卷绕边切割矽钢带的工艺来形成的。由于开口是在卷绕过程中切割成形，这就大大增加了铁芯卷绕成形的难度，对于截面形状较复杂的圆形或多边形的立体三角形铁芯，均无法用该方法。因此该开口式卷绕铁芯仅仅涉及矩形截面的平面铁芯。它与圆形截面或多边形截面的立体三角形铁芯在性能上相比，损耗高15％以上，制造成本高10％以上，且还存在三相不平衡，三次谐波分量大等缺点。

发明内容

本发明的目的在于一种性能优良、制造成本低、便于绕线和线圈维修的开口式卷绕铁芯及其制造方法。

第一，本发明所提供的一种开口式卷绕铁芯，该铁芯是由若干个形状相同或相近的单框铁芯拼合而成，每个单框是由一根或几根矽钢带卷绕而成，其特征在于：在所述每一已卷绕成形的闭口单框的轭部经分层错位切割形成一由多条相互错位分布的短缝组成的切割缝，当该切割缝逐层打开即成为一开口的U形框体；当该U形框体的开口部分交错搭接后即成为磁路闭合的铁芯单框。

上述的开口式卷绕铁芯，其中：单框的横截面近似于半圆形，若干个单框拼合后形成的芯柱的横截面接近于整圆形或接近于多边形。

上述的开口式卷绕铁芯，其中：每条切割短缝可对应的是切割一层矽钢带所形成的，也可以对应的是切割多层矽钢带所形成的。

上述的开口式卷绕铁芯，其中：U形框体的开口部分搭接拼合时，可以附加搭接片；在不开口的轭部可以增加用以增大该轭部截面积的增轭片或增轭块。

上述的开口式卷绕铁芯，其中：单框拼合后的芯柱的排列可以为立体排列，也可以为平面排列，芯柱数量可以是2或2以上。

上述的开口式卷绕铁芯，其中：单框与单框的拼合平面上，可以设有形成两单框拼合后具有通道的凹槽。

第二，本发明所提供的一种开口式卷绕铁芯的制造方法，包括下列步骤：一)在专用的矽钢带折线开料机上进行矽钢带的套裁加工；二)将已开裁好的矽钢带按一定次序先后用氩弧焊连接起来，再在铁芯卷绕机上卷制成单个闭口铁芯单框；三)用切割设备在单框的轭部由外层向内层逐层错位切割硅钢带，每切割一层即刻打开，移动到其它不同位置切割下一层硅钢带，以此类推，完成硅钢带全部切割，形成开口的U字形框体；四)将U字形框体按要求拼合成一个开口的铁芯，即可在铁芯芯柱上套装上已绕制好的线包，再将每个单框的开口部位由内层向外层将硅钢带逐层搭接起来，形成有具有闭合磁路的卷绕铁芯。

在上述的开口式卷绕铁芯的制造方法中，步骤一)中的矽钢带套裁加工成各梯形状。

第三，本发明还提供的一种开口式卷绕铁芯的制造方法，包括下列步骤：一)在专用的矽钢带折线开料机上进行矽钢带的套裁加工；二)将已开裁好的矽钢带按一定次序先后用氩弧焊连接起来，再在铁芯卷绕机上卷制成单个闭口铁芯单框，并将单框按要求拼合成一个铁芯；三)用切割设备在铁芯单框的轭部由外层向内层逐层错位切割硅钢带，每切割一层即刻打开，移动到其它不同位置切割下一层硅钢带，以此类推，完成硅钢带全部切割，形成开口的铁芯；四)在铁芯芯柱上套装上已绕制好的线包，再将每个单框的开口部位由内层向外层将硅钢带逐层搭接起来，形成有具有闭合磁路的卷绕铁芯。

在上述的开口式卷绕铁芯的制造方法中，步骤一)中的矽钢带套裁加工成各梯形状。

采用了上述的技术解决方案，本发明，第一是铁芯开口，变压器线圈可以单独绕制，用现有的绕线设备就能绕制，故这种铁芯便于制造与目前叠片式铁芯容量相同的大型变压器，性能却比叠片式变压器大为提高，特别是芯柱为立体排列的卷铁芯空载损耗约下降50％，空载电流下降约70％，噪声降低10分贝以上，节省硅钢带20％，制造成本下降10％以上，且三相平衡，三次谐波分量小；第二是铁芯可以打开，故变压器使用过程中一旦线圈损坏，需要维修更换时，可以将铁芯闭合部分重新打开，更换线圈，避免了整台变压器的报废；第三是截面占空系数(即不考虑叠片系数时的占空系数)可达0.98以上，铁芯截面的形状更接近圆形，从而节省了绕线铜材。另外，由于采用铁芯卷制成形后再进行切割的办法制造，因此不增加铁芯卷绕的难度，制造容易。

附图说明

图1是本发明卷绕铁芯第一实施例的立体结构示意图；

图2是图1中每一单框轭部的短缝打开后形成的开口式铁芯的结构示意图；

图3是图1中的单框轭部短缝打开后的结构示意图；

图4是图3中的单框横截面的示意图；

图5是图1中卷绕的矽钢带套裁加工成各梯形的示意图；

图6是本发明卷绕铁芯第二实施例的结构示意图；

图7是图6中每一单框轭部的短缝打开后形成的开口式铁芯的结构示意图；

图8是图7中的芯柱的横截面的示意图；

图9是图6中卷绕的矽钢带套裁加工成各梯形的示意图；

图10是本发明第一、第二实施例中的开口单框搭接后的局部示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明开口式卷绕铁芯的第一实施例，三相三柱立体三角形卷绕铁芯，该铁芯是由三个形状相同单框11铁芯拼合而成。参见图4～5，每个单框是由7根不同形状的矽钢带卷绕而成，横截面112形状近似于半圆形，单框与单框的拼合平面上可以设有凹槽，形成两单框拼合后具有可用作铁芯冷却或其它用途的通道。三个单框拼合后形成的芯柱的横截面接近于整圆形或接近于多边形。

在每一单框11的轭部111经分层错位切割形成一由多条相互错位分布的短缝113组成的切割缝，该短缝113可对应的是切割一层矽钢带所形成的，也可以对应的是切割多层矽钢带所形成的。当该切割缝逐层打开即成为一开口的U形框体，参见图2、3，当该U形框体的开口部分交错搭接后即成为磁路闭合的铁芯单框，其轭部拼接短缝分布如图10所示。U形框体的开口部分搭接拼合时，可以不加附加搭接片，由原来矽钢带搭接拼合而成，这时拼合的该框的轭与柱横截面相等；也可以在适当部位加入附加搭接片，使该部分轭的横截面积大于该框的柱的面积。交错搭接闭合后的轭部，在必要时仍可以逐层打开还原成U形开口形状。这种“打开”和闭合可以根据需要反复进行。

上述实施例，即三相三柱立体三角形卷绕铁芯，其制造过程：在专用的矽钢带折线开料机上进行各条梯形矽钢带的套裁加工，制造闭合单框的各梯形矽钢带形状如图5所示。将已开裁好的各种规格的梯形矽钢带按一定次序先后用氩弧焊连接起来，再在三角形铁芯卷绕机上卷制成单个闭口铁芯单框，用激光切割机或其它切割设备在单框的轭部由外层向内层错位切割硅钢带。每次切割一层，也可以切割多层。然后将已切割的硅钢带打开，并移动到其它不同位置切割下一层硅钢带。以此类推，将硅钢带全部切割完，原来的闭合的单框就形成了开口的U字形单框。三个U字形单框拼合成一个开口的立体三角形铁芯。在铁芯芯柱上套装上已绕制好的线包后，每个单框的开口部位由内层向外层将硅钢带逐层搭接起来，整个铁芯形成有三个闭合磁路的立体三角形铁芯。如需要更换线包，可将相关的闭合后轭部重新分层打开，重新形成开口。将需要更换的线包更换好后，再按原方法将开口部分闭合，重新形成闭合磁路的立体三角形铁芯。

上述制造过程中，也可先将三个闭合单框在切割前，先组合成一个立体三角形铁芯，再按上述方法对三个单框的轭部分别进行错位切割，形成开口立体三角形线芯。

如图6所示，本发明开口式卷绕铁芯的第二实施例，三相三柱平面卷绕铁芯2，该铁芯是由二个较小单框21(内框)和一个较大单框22(外框)组成(如图三)。芯柱的横截面形状如图8所示，形状近似于多边形。

外框22的轭部221和内框21的轭部211分别经分层错位切割，形成各框一由多条相互错位分布的短缝组成的切割缝223、213，每条短缝可对应的是切割一层矽钢带所形成的，也可以对应的是切割多层矽钢带所形成的。当该切割缝逐层打开即成为一开口的U形框体，参见图7，当该U形框体的开口部分交错搭接后即成为磁路闭合的铁芯单框，其轭部拼接短缝分布如图10所示。U形框体的开口部分搭接拼合时，可以不加附加搭接片，由原来矽钢带搭接拼合而成，这时拼合的该框的轭与柱横截面相等；也可以在适当部位加入附加搭接片，使该部分轭的横截面积大于该框的柱的面积。交错搭接闭合后的轭部，在必要时仍可以逐层打开还原成U形开口形状。这种“打开”和闭合可以根据需要反复进行。

上述实施例，即三相三柱平面卷绕铁芯，其制造过程：在专用的硅钢带折线开料机上进行各条梯形硅钢带的套裁加工，制造闭合单框的各梯形矽钢带形状如图9所示。将已开裁好的各种规格的梯形硅钢带按一定次序先后用氩弧焊连接起来，再在平面铁芯卷绕机上卷制成单个闭口铁芯框(内框或外框)，用激光切割机或其它切割设备在单框轭部由外层向内层错位切割硅钢带，每次切割一层，也可以切割多层，然后将已切割的硅钢带打开，并移动到其它不同位置切割下一层硅钢带，以此类推，将硅钢带全部切割完，原来的闭合的单框就形成了开口U形单框，二个较小的U形单框和一个较大的U形单框拼合成一个开口的平面三相铁芯。在铁芯芯柱上套装上已绕制的线包后，每个单框的开口部位由内层向外层将硅钢带逐层搭接起来，整个铁芯形成有三个闭合磁路的平面三相三柱铁芯。如需要更换线包，可将相关的闭合的轭部重新分层打开，重新形成开口，将需要更换的线包更换好后，再按原方法将开口部分闭合，重新形成闭合磁路的平面三相卷铁芯。

上述制造过程中，也可先将二个较小闭合单框在切割前先结合起来，再在其外部绕制较大的闭合单框，先形成一个整体的平面三相闭合铁芯，再按上述方法对组合在一起的三个框的同侧的轭部分别进行错位切割，形成开口的平面三相三柱卷铁芯。

综上所述，本发明所达到效果主要体现在下列几方面：

性能优良，制造成本低：由于本发明的卷绕式铁芯，芯柱可以立体排列，芯柱截面形状更接近圆形，与叠片式平面铁芯相比，空载损耗下降约50％，空载电流下降约70％，噪声下降10分贝以上，节省硅钢带材料约20％，降低制造成本10％左右，而且三相平衡，三次谐波分量小；

容量大：由于本发明的铁芯是开口的，线圈可以单独绕制，用现有的绕线设备就能绕制，故这种铁芯可以制造与目前叠片式铁芯容量相同的大型变压器；

维修方便：由于铁芯可以打开，故变压器使用过程中一旦线圈损坏，需要维修更换时，可以将铁芯闭合部分重新打开，更换线圈，避免了整台变压器的报废；

铁芯的截面形状更接近圆形：如准圆形、准多边形、复合形等，理论截面占空系数(即不考虑叠片系数时的占空系数)可达0.98以上，比目前叠片式铁芯的台阶形截面的占空系数提高4％～10％以上，从而节省了绕线铜材；

制造容易：由于本发明是采用铁芯卷制成形后再进行切割的办法制造，因此不增加铁芯卷绕的难度，制造容易。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (10)

1.一种开口式卷绕铁芯，该铁芯是由若干个形状相同或相近的单框铁芯拼合而成，每个单框是由一根或几根矽钢带卷绕而成，其特征在于：在所述每一已卷绕成形的闭口单框的轭部经分层错位切割形成一由多条相互错位分布的短缝组成的切割缝，当该切割缝逐层打开即成为一开口的U形框体；当该U形框体的开口部分交错搭接后即成为磁路闭合的铁芯单框。

2.根据权利要求1所述的开口式卷绕铁芯，其特征在于：所述单框的横截面近似于半圆形，若干个单框拼合后形成的芯柱的横截面接近于整圆形或接近于多边形。

3.根据权利要求1所述的开口式卷绕铁芯，其特征在于：所述每条切割短缝可对应的是切割一层矽钢带所形成的，也可以对应的是切割多层矽钢带所形成的。

4.根据权利要求1所述的开口式卷绕铁芯，其特征在于：所述U形框体的开口部分搭接拼合时，可以附加搭接片；在不开口的轭部可以增加用以增大该轭部截面积的增轭片或增轭块。

5.根据权利要求1所述的开口式卷绕铁芯，其特征在于：所述单框拼合后的芯柱的排列可以为立体排列，也可以为平面排列，芯柱数量可以是2或2以上。

6.根据权利要求1所述的开口式卷绕铁芯，其特征在于：所述的单框与单框的拼合平面上，可以设有形成两单框拼合后具有通道的凹槽。

7.一种开口式卷绕铁芯的制造方法，包括下列步骤：

一)在专用的矽钢带折线开料机上进行矽钢带的套裁加工；

二)将已开裁好的矽钢带按一定次序先后用氩弧焊连接起来，再在铁芯卷绕机上卷制成单个闭口铁芯单框；

三)用切割设备在单框的轭部由外层向内层逐层错位切割硅钢带，每切割一层即刻打开，移动到其它不同位置切割下一层硅钢带，以此类推，完成硅钢带全部切割，形成开口的U字形框体；

四)将U字形框体按要求拼合成一个开口的铁芯，即可在铁芯芯柱上套装上已绕制好的线包，再将每个单框的开口部位由内层向外层将硅钢带逐层搭接起来，形成有具有闭合磁路的卷绕铁芯。

8.根据权利要求7所述的开口式卷绕铁芯的制造方法，其特征在于：所述步骤一)中的矽钢带套裁加工成各梯形状。

9.一种开口式卷绕铁芯的制造方法，包括下列步骤：

一)在专用的矽钢带折线开料机上进行矽钢带的套裁加工；

二)将已开裁好的矽钢带按一定次序先后用氩弧焊连接起来，再在铁芯卷绕机上卷制成单个闭口铁芯单框，并将单框按要求拼合成一个铁芯；

三)用切割设备在铁芯单框的轭部由外层向内层逐层错位切割硅钢带，每切割一层即刻打开，移动到其它不同位置切割下一层硅钢带，以此类推，完成硅钢带全部切割，形成开口的铁芯；

四)在铁芯芯柱上套装上已绕制好的线包，再将每个单框的开口部位由内层向外层将硅钢带逐层搭接起来，形成有具有闭合磁路的卷绕铁芯。

10.根据权利要求9所述的开口式卷绕铁芯的制造方法，其特征在于：所述步骤一)中的矽钢带套裁加工成各梯形状。

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