专利名称：立体结构卷绕式非晶合金变压器铁心的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种立体结构卷绕式非晶合金变压器鉄心，属于ー种变压器技术领域。
背景技术：
目前制作变压器铁芯的材料主要有硅钢带和非晶合金ニ种，非晶合金与硅钢带相比，是ー种更节能的制造变压器铁芯的材料。因非晶合金材料利于被磁化和去磁，这种材料用于变压器铁芯，变压器磁化过程 非常容易，从而大大可以降低变压器的空载损耗。然而，因非晶合金带材比硅钢带薄得多，脆得多，且硬度几乎为硅钢带的5倍，加工困难。故目前非晶合金带材主要依赖进ロ，进ロ的非晶合金带材宽度尺寸规格很少，无法满足不同容量变压器优化设计要求，对于不同容量的铁芯需要不同截面积时，往往只能主要通过改变铁芯截面的矩形形状的厚度尺寸来实现。因此，现有的非晶合金铁芯主要存在以下问题a、由于国外进ロ的非晶合金带材只有三种宽度的直带，因此做成的铁芯横截面形状只能是矩形ー种，对于有些容量的铁芯横截面矩形的长宽比达到4，不能呈圆形或多边形。众所周知，同样截面积形状中圆的周长最小，矩形的周长较大，特别是长宽比越大，周长就越长。而周长长必然使变压器线圈的平均匝长就长，不但浪费宝贵的铜，而且会増加变压器的负载损耗和变压器温升。b、由于目前非晶合金材料的铁芯，横截面只能是矩形，不能是圆形，因此线圈形状也只能是矩形，而不能是圆形，无法带铁芯绕线。因此铁芯只能做成开ロ式铁芯，而不能是闭ロ式铁芯。对于更适合采用闭ロ卷铁芯的小容量变压器也只能采用开ロ式卷铁芯。C、开ロ式铁芯的开ロ部位材料要经过多次折弯，特别是材料经退火后的折弯，使材料增加应力，使铁芯的性能下降，空载损耗上升。d、开ロ式铁芯开ロ部位非晶合金材料对接处存在空隙，以及拼合不够紧密等原因，噪声要比同容量闭ロ铁芯的噪声大。e、开ロ部位非晶合金材料在闭合时,非晶合金材料受到弯曲，非晶合金材料表面容易脱落，产生鱼鱗片状物，这些片状物飘浮在变压器油中容易引起变压器故障，使变压器的安全性下降。f、非晶合金材料由于太薄，所以做成的铁芯刚性很差，必须利用线圈或増加支承件来承受铁芯的重量，増加器身装配的难度。g、非晶合金材料比较昂贵，材料来源単一，不利于大量推广。综上所述，如何改善非晶合金卷铁芯的结构，使之即保持非晶材料的优点，又能实现铁心柱的形状接近于圆形，是本领域技术人员追求的目标，因此，200610116272. 3号发明专利公开了ー种非晶合金卷铁芯，其特征在干该卷铁芯是由若干个不同截面形状卷绕形成的单框拼合而成，并使拼合后铁芯截面形状呈预定的准圆形、准多边形或复合形，又该卷铁芯采用非晶合金材料或非晶合金和硅钢带ニ种材料制成。在若干个单框中，以截面最大者为主框，该主框是由非晶合金直带料连续卷绕而成，其余单框是由不同形状的硅钢带连续卷绕而成。然而，该非金合金材料卷铁心由于受到原材料的限制，只能是铁心截面的中心部分取一矩形部 分用非晶合金材料制成，而其中心外的边缘处均需采用硅钢片制作，因此，非晶合金占整个铁心的占有比率得不到提尚，因此，一种结构合通提闻非晶合金占有率，从而提高铁心的空耗成为本领域技术人员追求的目标。
实用新型内容本实用新型的目的在于解决现有的卷铁心的非晶合金材料不易卷绕的问题以及解决现有卷铁心的非晶合金材料占有率不合通，铁心空载损耗较闻的问题。为实现上述目的，本实用新型的技术方案为ー种立体结构卷绕式非晶合金变压器鉄心，它由铁轭和三个心柱构成，所述铁轭和三个心柱由三个尺寸和形状完全相同的单框拼合而成，其特征在于所述每个单框由若干级单元框组成，每级单元框的两侧为由硅钢带卷绕而成的硅钢带层、中间为由非晶合金带材卷绕而成的非晶合金层，用于卷绕各级单元框的条形料带的宽度从中间到内外两侧逐级减小，各级单元框组合后的单框的截面为外接于半圆形的多边形；所述两相邻的单框拼合成截面为外接于整圆形的多边形的心柱，铁轭的截面为外接半圆形的多边形。作为优选，每级单元框中所述两侧的硅钢带层的厚度与中间部分非晶合金层的厚度比为1:1-1: 20。作为优选，所述每个单框由5-10级单元框组成。作为优选，所述每个单框的各级单元框由内侧向外侧逐级卷绕，所述单框的两边柱的外侧边形成两个相対称的、与该单框所在平面呈30度夹角的倾斜平面状的对接面，与所述对接面相对的ー侧形成接近半圆形的多边形状，所述三个单框经对接面拼合后三个心柱呈立体等边三角形排列。本实用新型的另ー技术方案为ー种立体结构卷绕式非晶合金变压器鉄心，它由铁轭和三个心柱构成，所述铁轭和三个心柱由三个尺寸和形状完全相同的单框拼合而成，其特征在于所述每个单框由若干级单元框组成，其中位于中部、最大宽度的中心单元框包括位于两侧的由硅钢带卷绕而成的硅钢带层和位于中间位置的由非晶合金带材卷绕而成的非晶合金层，所述最大宽度的中心单元框两边的其他单元框包括由内向外排列的由非晶合金带材卷绕而成的非晶合金层和娃钢带卷绕而成的娃钢带层，中心单元框外的两侧的各级单元框的宽度逐级减小，各级单元框组合后的单框的截面为外接于半圆形的多边形；所述两相邻的单框拼合成截面为外接于半圆形的多边形的心柱，铁轭的截面为外接半圆形的多边形。作为优选，所述每ー级单元框的硅钢带层和非晶合金层是用长度方向连续的等腰梯形或直角梯形料带卷绕而成。作为优选，两个对接的单框中的非晶合金带材层和硅钢带层一一对应。作为优选，所述每个单框的各级单元框中的硅钢带层的厚度占比从中间向外侧逐渐变大。本实用新型中所述硅钢带层的厚度占比是指在每ー级单元框中的硅钢带的厚度占该单元框总厚度的比。即在单框的外侧的硅钢带层的厚度加大，有利于提高外侧的单框的支撑强度，提高铁心的整体机械强度。本实用新型由于采用上述技术方案，将每个单框由若干级组成，每级的最外层和最里层由硅钢带卷绕而成、中间部分由非晶合金带材卷绕而成。因此，卷绕后的每ー级鉄心带的内外层有强度高的硅钢带，中间为韧性底的非晶合金卷铁芯，使每ー级既保证了硅钢带的韧性和強度，又克服了非晶合金脆性太大，不易卷绕的缺陷。每级单元框的硅钢片起到骨架的作用，增加铁心使用过程中的エ艺性，非晶合金材料在每ー级的中间位置，受到弯曲时，非晶合金材料表面脱落产生鱼鱗片状物受到硅钢片的保护而不会脱落，同时因两侧有硅钢带保护，进而可以改善非晶合金的占有率。每个单框的截面为外接于半圆形的多级多边形，其更为接近圆形，因此可以降低卷绕线圈的铜线的长度，从而降低铜线成本。而且采用了上述方案可使鉄心空载性能提高，且使变压器的三相磁路对称等长，三相输出电压相
坐寸ο同时，本实用新型采用另一技术方案，所述每个单框由若干级单元框组成，位于中部最大宽度的中心单元框，其位于两侧的是硅钢带层、位于中间位置的是非晶合金层，而位于所述中心単元框两边的其他单元框包括由内向外排列的非晶合金层和硅钢带层，中心单元框外的两侧的各级单元框的宽度逐级减小。这样同样保证每ー单元框中的非晶合金层的外侧均有硅钢带层保护，同样可以达到上述技术效果。
图I是本实用新型的立体结构卷绕式非晶合金变压器铁心的结构示意图。图2是本实用新型的立体结构卷绕式非晶合金变压器铁心的俯视图。图3A是本本实用新型的立体结构卷绕式非晶合金变压器铁心的截面视图。图3B是图3A的A处局部放大视图。图4A是本实用新型的立体结构卷绕式非晶合金变压器铁心的单框主视图。图4B是本实用新型的立体结构卷绕式非晶合金变压器铁心的单框的截面图。图5A是本实用新型的立体结构卷绕式非晶合金变压器铁心的截面图。图5B是图5A中B处局部放大视图。图6A、6B是本实用新型的卷绕式非晶合金变压器铁心的绕制所用硅钢带和非晶合金带材的结构示意图。
具体实施方式
參见图1、2、3A、3B，4A、4B，图中展示本实用新型的卷绕式非晶合金变压器铁心结构，它由铁轭10和三个心柱20构成，所述铁轭10和三个心柱20由三个尺寸和形状完全相同的单框I拼合而成，如图4所示，每个单框I为矩形状，三个单框I拼合后三个心柱20呈立体等边三角形排列；參见图3A、3B，每个单框I由7级单元框11、12、13、14、15、16、17组成，每个单框I中的单元框的级数根据铁心的大小确定，一般为5-10级单元框组成。每级单元框的两侧为由O. 3mm娃钢带卷绕而成的娃钢带层101、中间为由O. 03mm的非晶合金带卷绕而成的非晶合金层102，參见图6A，在每ー级单元框中的硅钢带层101和非晶合金层102是用长度方向连续的等腰梯形料带卷绕而成，也可以采用图6B所示的直角梯形料带卷绕而成，所述硅钢带1010位于料带的两端，非晶合金带1020位于料带的中间位置，卷绕后形成内、外为硅钢带层101、中间部分为非晶合金层102。采用于卷绕各级单元框的条形料带的宽度从中间到内外两侧逐级减小，即第一级、第七级的宽度最小，中间的各级宽度依次増加。卷绕时，所述每个单框的各级单元框由内侧向外侧逐级卷绕，本实施例中，采用最窄的等腰梯形料带卷绕成截面为等腰梯形的第一级单元框11，第二级单元框12采用宽于第ー级单元框11的料带进行卷绕成梯形的单元框12，第三级单元框13采用宽于第二级单元框12的料带卷绕成截面为梯形的单元框13，再依次采用宽度渐小的等腰梯形料带卷绕截面为梯形的第四-第七级单元框14-17。同时，三个单框I中的各级单元框相对应，其中硅钢带层101和非晶合金层102分别一一对应。如图3A、3B示，在卷绕的同时，所述单框I的两边柱la、lb的外侧边形成两个相対称的、与该单框I所在平面的夹角α为30度的倾斜平面状的对接面111，与所述对接面111相対的ー侧形成接近半圆弧状的多边形；从而两相
邻的单框I中的7级单元框拼合成截面为外接于整圆形的多边形的心柱20，铁轭10的截面为外接半圆形的多边形(如图4Α、4Β示)。为了提高非晶合金材料的占有率，改善鉄心性能，降低变压器的空载损耗，最好每级单元框中所述两侧的硅钢带层的厚度与中间部分非晶合金层的厚度比为I : 1-1 20。本实施例中，第一级单元框11中的硅钢带层101与非晶合金层102的厚度比值为I : 2，第ニ级单元框12中两者厚度比为I : 5，第三级、四级...7级单元框13-17中两者厚度比依次为I : 8、1 12、1 13、1 IOU 8。将靠近外层的单元框中的硅钢带层101与非晶合金层102的厚度比值提高，有利于提高整个单框以及铁心柱的強度。实施例ニ。參见图5Α、5Β，图中展示了本实用新型的另ー实施例，该非晶合金铁心由铁轭10和三个心柱20构成，与上一实施例不同之处是构成每个单框I的7级单元框，其中位于中部、最大宽度的中心单元框13包括位于两侧的由硅钢带卷绕而成的硅钢带层101和位于中间位置的由非晶合金带材卷绕而成的非晶合金层102，位于所述最大宽度的中心单元框两边的其他单元框11、12、14、15、16、17包括由内向外排列的由非晶合金带材卷绕而成的非晶合金层102和硅钢带卷绕而成的硅钢带层101，且中心单元框13外的两侧的各级单元框的宽度逐级减小，中心单元框13是采用图6Α或6Β所示等腰梯形或直交梯形料带卷绕而成，两边的各级单元框是采用图6Α或6Β中去掉大端的硅钢带1010的料带卷绕而成，各级单元框组合后的单框I的截面为外接于半圆形的多边形；所述两相邻的单框I拼合成截面为外接于半圆形的多边形的心柱20，铁轭10的截面为外接半圆形的多边形。本实施例中的另一点不同之处是，第一级、第二级...第七级单元框11-17中硅钢带层101与非晶合金层102的厚度比值依次为I : 3、1 8、1 13、1 16、1 15、I IOU 8。本实施例中最外两侧的单元框中的硅钢带层的厚度占比系那个对于中间的占比大。有利于提闻铁心柱整体机械强度。以上实施例仅仅是对本实用新型进行说明，而非作限制性的概括，本实用新型旨在提供一种卷绕式非晶合金变压器鉄心，其采用非晶合金材料和硅钢带进行绕制，并将铁心框分为若干级，每ー级的最外层和最内层为硅钢带绕制而成，中间为非晶合金材料绕制而成，本领域普通技术人员在本实用新型的发明构思的指导下，还可以做出很多常规结构上的修改与替换，例如级数或者改变每ー级的非晶合金卷绕的厚度，或者硅钢带的厚度。这些修改与替换也应当被认为属于本实用新型的保护范围之中。
权利要求1.ー种立体结构卷绕式非晶合金变压器鉄心，它由铁轭和三个心柱构成，所述铁轭和三个心柱由三个尺寸和形状完全相同的单框拼合而成，其特征在于所述每个单框由若干级单元框组成，每级单元框的两侧为由硅钢带卷绕而成的硅钢带层、中间为由非晶合金带材卷绕而成的非晶合金层，用于卷绕各级单元框的条形料带的宽度从中间到内外两侧逐级减小，各级单元框组合后的单框的截面为外接于半圆形的多边形；所述两相邻的单框拼合成截面为外接于整圆形的多边形的心柱，铁轭的截面为外接半圆形的多边形。
2.根据权利要求I所述的立体结构卷绕式非晶合金变压器鉄心，其特征在于每级单元框中所述两侧的硅钢带层的厚度与中间部分非晶合金层的厚度比为I :1-1:20。
3.根据权利要求I或2所述的立体结构卷绕式非晶合金变压器鉄心，其特征在于所述每个单框由5-10级单元框组成。
4.根据权利要求I或2所述的立体结构卷绕式非晶合金变压器鉄心，其特征在于所述每个单框的各级单元框由内侧向外侧逐级卷绕，所述单框的两边柱的外侧边形成两个相対称的、与该单框所在平面呈30度夹角的倾斜平面状的对接面，与所述对接面相对的ー侧 形成接近半圆形的多边形状，所述三个单框经对接面拼合后三个心柱呈立体等边三角形排列。
5.ー种立体结构卷绕式非晶合金变压器鉄心，它由铁轭和三个心柱构成，所述铁轭和三个心柱由三个尺寸和形状完全相同的单框拼合而成，其特征在于所述每个单框由若干级单元框组成，其中位于中部、最大宽度的中心单元框包括位于两侧的由硅钢带卷绕而成的硅钢带层和位于中间位置的由非晶合金带材卷绕而成的非晶合金层，所述最大宽度的中心単元框两边的其他单元框包括由内向外排列的由非晶合金带材卷绕而成的非晶合金层和硅钢带卷绕而成的硅钢带层，中心单元框外的两侧的各级单元框的宽度逐级减小，各级単元框组合后的单框的截面为外接于半圆形的多边形；所述两相邻的单框拼合成截面为外接于半圆形的多边形的心柱，铁轭的截面为外接半圆形的多边形。
6.根据权利要求I或2或5所述的立体结构卷绕式非晶合金变压器鉄心，其特征在于所述每ー级单元框的硅钢带层和非晶合金层是用长度方向连续的等腰梯形或直角梯形料带卷绕而成。
7.根据权利要求I或2或5所述的立体结构卷绕式非晶合金变压器鉄心，其特征在于两个对接的单框中的非晶合金带材层和硅钢带层一一对应。
8.根据权利要求6所述的立体结构卷绕式非晶合金变压器鉄心，其特征在于两个对接的单框中的非晶合金带材层和娃钢带层--对应。
9.根据权利要求I或2或5所述的立体结构卷绕式非晶合金变压器鉄心，其特征在于所述每个单框的各级单元框中的硅钢带层的厚度占比从中间向外侧逐渐变大。
10.根据权利要求6所述的立体结构卷绕式非晶合金变压器鉄心，其特征在于所述每个单框的各级单元框中的硅钢带层的厚度占比从中间向外侧逐渐变大。
专利摘要本实用新型公开了一种立体结构卷绕式非晶合金变压器铁心，它由铁轭和三个心柱构成，所述铁轭和三个心柱由三个单框拼合而成，所述每个单框由若干级组成，每级单元框的两侧为硅钢带层、中间为非晶合金层，用于卷绕各级单元框的条形料带的宽度从中间到内外两侧逐级减小；所述单框的截面为外接于半圆形的多边形；所述两相邻的单框拼合成截面为外接于整圆形的多边形的心柱，铁轭的截面为外接半圆形的多边形。本实用新型解决了现有的卷铁心的非晶合金材料占有率不合理以及铁心空载损耗较高的问题。其具有结构简单，使铁心空载性能提高，且使变压器的三相磁路对称等长。
文档编号H01F41/02GK202487343SQ20112055316
公开日2012年10月10日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者李锡强, 谭勇 申请人:新华都特种电气股份有限公司