一种断轭式非晶合金立体卷铁心及其制造方法与流程

本发明涉及变压器卷铁心的制造方法，具体涉及一种断轭式非晶合金立体卷铁心及其制造方法。

背景技术：

变压器技术的主要发展趋势是采用新材料和新结构提高可靠性和节能，降低损耗，非晶合金立体卷铁心变压器的研制成功顺应了这种趋势。非晶态合金又称为金属玻璃，是一种无晶体结构合金，是近30年来发展起来的新一代软磁材料。非晶态合金采用快速凝固技术，运用平面流高速连铸工艺、以每秒100万℃的冷却速率从钢水直接凝固形成厚度约0.025mm的薄带。非晶态合金材料具有优异的电磁特性，其突出特点是高磁导率、低铁损，作为铁心材料制造的变压器比硅钢变压器空载节能60％～80％。

然而，目前带材的标准宽度尺寸规格仅有四种，即120mm、142mm、170mm、213mm，无法满足不同容量变压器优化设计要求。对于不同容量的铁心需要不同截面积时，往往只能主要通过改变铁心截面的矩形形状的厚度尺寸来实现，即利用两排或三排铁心叠加的方式来实现。因此，铁心横截面形状只能是矩形一种，不能呈圆形或多边形。由于铁心柱和线圈横截面都是矩形，造成了其抗突发短路的能力下降，必须采取结构加强及压装工艺等弥补措施，且由于采用平面卷铁心结构，接缝多造成噪音的增加。

目前，常规铁心的制造工艺是利用自动切割机将标准带宽的非晶带材切割并按设计参数自动叠片，接着利用内外模板将堆叠好的带材成型为铁心后根据工艺要求进行退火处理，铁心冷却后对铁心的两侧端面进行胶粘剂涂覆处理即可。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种断轭式非晶合金立体卷铁心及其制造方法，该铁心克服了不断轭立体卷铁心绕线困难的缺点，确保了三相磁路完全对称等长，使磁阻大大减少，而且使用现有绕线机即可完成线圈的绕制，减少了专用绕线机设备投资，并能有效控制线圈的各个尺寸，保证了变压器的电气性能，线圈绕制完成后无需压装整形，减少了制造工艺过程，提升了绝缘性能，提高生产效率 。

为了达到上述目的，本发明提供了一种断轭式非晶合金立体卷铁心，该卷铁心包含：三个断轭式非晶合金卷铁心；每个断轭式非晶合金卷铁心由若干组非晶合金铁心叠片围成，每组非晶合金铁心叠片均包含若干层非晶合金带材。

其中，所述的每个断轭式非晶合金卷铁心包括：相对设置的两个铁心柱和相对设置的两个铁轭；其中，一个铁轭设有搭头部，经该搭头部能打开或闭合卷铁心；

其中，所述的三个断轭式非晶合金卷铁心的铁心柱均垂直于水平面放置，并且三个断轭式非晶合金卷铁心围成的窗口为等边三角形，所述的铁心柱为半圆形或类半圆形柱体，每两个紧贴的铁心柱构成圆形柱体或近似圆形的柱体。

所述的相邻的搭头部的空隙间距g小于等于1mm（气隙会影响磁路，理论上是越小越好）。

所述的搭头部的搭接长度L为8mm~16mm。

本发明还提供了一种上述的断轭式非晶合金立体卷铁心的制造方法，该方法具体包含：

第一步：选择合适的标准宽度的带材，根据工艺要求纵剪出梯形状带材并进行横剪，得到多组非晶合金铁心叠片；

第二步：将起始套向内包一圈，在起始套上绕覆多组非晶合金铁心叠片，固定最外层的非晶合金铁心叠片，得到卷铁心并使其夹紧，将外层硅钢片包在卷铁心外层，并将卷铁心一组一组往外拉开，用液压撑沿水平和垂直方向撑开卷铁心，使卷铁心最外层的带材搭头部的搭接长度L为8mm~16mm，相邻的搭头部的空隙间距g小于等于1mm；

第三步：将卷铁心的铁心柱平行于水平面放置于卷铁心成型涂胶装置中，并按照退火工艺在氮气保护下对卷铁心进行退火；

第四步：待退火后，使用卷铁心成型涂胶装置对卷铁心涂覆粘结剂；

第五步：待粘结剂固化，将三个卷铁心的铁心柱与水平面垂直放置，三个卷铁心围成的窗口为等边三角形，对三个卷铁心固定得到断轭式非晶合金立体卷铁心。

较佳地，第三步中使用所述的卷铁心成型涂胶装置能使所述的卷铁心在退火后其下表面与水平面的夹角成30°。

较佳地，第三步中所述的卷铁心成型涂胶装置包含：底座，设置在底座上且垂直于底座的挡板，设置在底座上与底座呈角度且与挡板的端部相邻的底板，以及，平行于底板并活动设置在底板上的垫板；

其中，所述的退火工艺具体包含：

步骤3.1：将卷铁心成型涂胶装置的挡板围置呈契合卷铁心窗口的形状和大小，将卷铁心的窗口套置在挡板外使卷铁心放置于所述的卷铁心成型涂胶装置上，将卷铁心与卷铁心成型涂胶装置一起置于退火炉中；

步骤3.2：将炉温设定到340~380℃，进入一个升温的阶段；

步骤3.3：卷铁心到达目标温度就进行转炉温，卷铁心进入一个保温阶段；

步骤3.4：待保温结束后，卷铁心进入一个降温程序。

所述的退火工艺还包含：在步骤3.2中，当铁心温度达到200℃时对卷铁心施加旋转磁场。

较佳地，第四步中所述的粘结剂为环氧树脂，所述的涂覆粘结剂的厚度小于等于1mm。

较佳地，第四步中所述的涂覆粘结剂的方法包含：

步骤4.1：在退火成型结束后，待卷铁心冷却至室温，撑起卷铁心，将除紧贴卷铁心的搭头部的垫板之外的其余三块垫板均抽出；

步骤4.2：在步骤4.1中抽出的三块垫板上均涂覆脱模剂，将粘结剂均匀涂覆在涂有脱模剂的三块垫板上，将涂有粘结剂的三块垫板放回底板上，使垫板与底板无间隙地贴合；

步骤4.3：降低卷铁心的高度到起始点，使卷铁心的下表面与垫板贴合，粘结剂附着在卷铁心的下表面上，并将卷铁心的下表面的非搭头部端的两个拐角涂覆粘结剂，该卷铁心的下表面涂覆完毕；

步骤4.4：清洁卷铁心的上表面，在卷铁心的上表面的铁心柱及非搭头部的铁轭涂覆粘结剂，待粘结剂固化后，该卷铁心的涂胶操作完成。

本发明提供的断轭式非晶合金立体卷铁心，具有以下优点：

（1）非晶合金变压器采用了断轭卷铁心结构，满足了铁心和线圈独立加工的要求，提升了铁心和线圈的质量水平，缩短了变压器的生产周期；

（2）铁心的三相磁路完全对称等长，能够确保三相供电的平衡，使磁阻大大减少，励磁电流显著降低，铁心接缝减少，产品噪音改善；

（3）非晶合金变压器铁心截面近似圆形，这样心柱上的线圈也接近圆环状，最终使得非晶合金变压器在抗短路能力方面得到很好地改善，降低了产品的热点温升，提升变压器运行的安全可靠性。

附图说明

图1为本发明的断轭式非晶合金立体卷铁心的俯视图。

图2为本发明的单个卷铁心的结构示意图。

图3为本发明的卷铁心成型涂胶装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

如图1所示，为本发明提供的一种断轭式非晶合金立体卷铁心的俯视图，该卷铁心包含：三个断轭式非晶合金卷铁心，每个断轭式非晶合金卷铁心由若干组非晶合金铁心叠片围成，每组非晶合金铁心叠片均包含若干层（优选5层）非晶合金带材。

其中，如图2所示，每个断轭式非晶合金卷铁心包括：相对设置的两个铁心柱10和相对设置的两个铁轭20。一个铁轭设有搭头部21，经该搭头部21可以打开或闭合卷铁心。搭头部21的长度不能超过搭头部两侧的拐角。

三个断轭式非晶合金卷铁心的铁心柱10均垂直于水平面放置，并且三个断轭式非晶合金卷铁心围成的窗口为等边三角形，铁心柱10为半圆形或类半圆形柱体，每两个紧贴的铁心柱10构成圆形柱体或近似圆形的柱体。上述每一组非晶合金铁心叠片中的非晶合金带材的宽度是逐层递减的，因而围成的每一个卷铁心的铁心柱为半圆形或类半圆形的柱体。常规铁心的心柱是矩形的，所以线圈需要绕完之后压装成矩形的，本发明的断轭式非晶合金立体卷铁心的铁心柱是圆形的柱体，直接用圆形的模具绕至完毕即可，不用压装。

相邻的搭头部21的空隙间距g（见图2）小于等于1mm，搭头部21的搭接长度L（见图2）为8mm~16mm。空隙内的气隙会影响磁路，因此空隙间距g越小越好。

本发明用于提供的断轭式非晶合金立体卷铁心的制造方法，具体包含：

第一步：根据铁心尺寸要求从支架上选择合适的标宽带材，将五层非晶合金带材放至放带机，在软件中设定料宽、初始带宽、终止带宽、长度，用滚剪机纵剪出梯形状带材，检测带材宽度，要求其尺寸偏差不超过-0.5~+0mm，每层带材厚度均相等；纵剪出来的带材必须仔细检查带材断口是否光滑、平整；若有毛刺，则需检查滚剪机的圆形刀刃有无缺口；将纵剪完的带材绕上圆纸筒，用胶带粘贴以防带材散开，将其放置在放带机上，设定软件中的切割技术文件、增量等参数，进行横剪，得到的五层非晶合金带材为一组非晶合金铁心叠片，检测带材长度、厚度和重量，确保符合工艺文件规定，最终得到多组非晶合金铁心叠片；

第二步：从右边开始，将起始套向内包一圈，然后在起始套上绕覆多组非晶合金铁心叠片，最外层的非晶合金铁心叠片用粘胶带固定，得到卷铁心，用C型夹钳把卷铁心夹紧，将外层硅钢片包在卷铁心外层，用刮刀拉开卷铁心，将卷铁心一层层往外拉开，将卷铁心放置于撑脚装置上，用液压撑沿水平方向（即铁轭方向）撑开卷铁心，使卷铁心最外层的带材搭头的尺寸为8mm~16mm，相邻搭头部的空隙间距小于等于1mm；在卷铁心搭头部的内侧，先放置内硅钢片，再放置B内模板，使内硅钢片放置于B内模板中心部位，用液压撑沿垂直方向（即铁心柱方向）撑开卷铁心，插入A内模板，用橡皮榔头敲击A模板中心部位，直至与卷铁心的铁心柱相平，在卷铁心的下单元铁轭的外侧放置外模板，轻轻推紧A外模板，用游标卡尺测量卷铁心整体的叠厚，并用C型夹钳夹紧卷铁心两侧放置的外模板；移去液压撑和撑脚，将卷铁心放置于钢包带内，并在钢包带上安放钢包扣以固定卷铁心，用包扎钳和手动打包机夹紧；

第三步：将卷铁心的铁心柱平行于水平面放置于卷铁心成型涂胶装置中，利用一定弧度的整形工具冲装各级带宽，确保卷铁心下表面处于同一平面，使卷铁心的下表面与卷铁心成型涂胶装置的垫板完全接触，要求各级带宽端面平滑，与水平面成30°，并按照退火工艺在氮气保护下对卷铁心进行退火；

第四步：待退火后，用尼龙刷和吸尘器清洁非晶卷铁心叠片层表面，使之表面清洁无碎片无杂质，防止环氧树脂渗漏到搭头部位，用较稠的环氧树脂预先封填叠片层间的缝隙，在铁心表面涂覆一层较稀的薄环氧树脂，使环氧树脂充分浸入叠片层内，要求涂层表面均匀，厚度不超过1mm，表面无气泡，待环氧树脂固化后再用铲刀修整铁心边缘渗出的环氧树脂，在卷铁心搭头部夹上特殊夹具，直至夹紧为止；

第五步：将三个卷铁心均与水平面垂直放置，三个卷铁心围成一个三角形，每两个卷铁心的夹角均为60°，用纤维胶带绑扎铁心柱使两个铁心柱10紧密贴合没有间隙，得到本发明的断轭式非晶合金立体卷铁心。

如图3所示，上述第三步中的卷铁心成型涂胶装置包含：底座10’，设置在底座10’上且垂直于底座的挡板21’，设置在底座10’上与底座10’呈角度且与挡板21’的端部相邻的底板22’，平行于底板22’并活动设置在底板22’上的垫板23’，以及能移动的四个液压撑30’。其中，挡板21’与底板22’的角度为60°，液压撑30’的撑头与底座10’的角度为30°。

该卷铁心成型涂胶装置还包含滑动组件，其设置在底座10’与挡板21’和底板22’之间，能使得挡板21’和底板22’根据需要移动。

上述第二步中的A内模板是沿单个卷铁心的窗高A放置的硅钢片，B内模板是沿单个卷铁心的窗宽B放置的硅钢片。

上述第三步中的退火工艺具体包含：

步骤3.1：将卷铁心成型涂胶装置的挡板21’围置呈契合卷铁心窗口的形状和大小，然后，将卷铁心的窗口套置在挡板外使卷铁心放置于所述的卷铁心成型涂胶装置上，将卷铁心与卷铁心成型涂胶装置一起置于退火炉中；

步骤3.2：将退火炉的炉温设定到340~380℃，进入一个升温的阶段；炉温设置多少是根据所用的非晶带材的牌号确定；

步骤3.3：卷铁心到达目标温度就进行转炉温，卷铁心进入一个保温阶段；

步骤3.4：保温结束后卷铁心进入一个降温程序。

其中，在步骤3.1中，当铁心温度达到200℃时对卷铁心施加旋转磁场，该旋转磁场的磁场强度在2000A/m以上，以一定旋转速度进行处理，旋转速度根据铁心的大小取30～300rpm。磁场退火能够明显改善非晶合金的磁性能，采用纵向磁场退火的铁心剩磁和磁导率增加，损耗变大；横向磁场退火的铁心具有低剩余磁感应强度和恒磁导率的特点，损耗减小；而旋转磁场有横向和纵向磁场处理的综合特点，在增加磁导率的同时损耗减小。

其中，在步骤3.2中，保温阶段的时间根据卷铁心截面积而定，一般来说保温时间控制在100～300分钟。

其中，在步骤3.3中，降温的方式采用冷风，即开启冷却风机将热空气从炉体内抽出，冷却速率大于6℃/min，卷铁心温度降至200℃关闭旋转磁场，当铁心温度降至室温后铁心出炉。

上述第四步中的涂覆粘结剂的方法具体包含：

步骤4.1：在退火成型结束后，待卷铁心冷却至室温，使四个液压撑30’正好位于卷铁心拐角的下方，启动四个液压撑30’，使顶起高度大于垫板23’的厚度，停止升起四个液压撑30’；

步骤4.2：卷铁心被四个液压撑30’顶起后将除紧贴卷铁心的搭头部的垫板23’之外的其余三块垫板23’均抽出；

步骤4.3：在步骤4.2中抽出的三块垫板23’上均涂覆脱模剂，将粘结剂（优选环氧树脂）均匀涂覆在涂有脱模剂的三块垫板23’上，将涂有粘结剂的三块垫板放回底板22’上，使垫板23’与底板22’无间隙的贴合；

步骤4.4：将四个液压撑30’均降到起始点，使卷铁心的下表面与垫板23’贴合，粘结剂附着在卷铁心的下表面上，并将卷铁心的下表面的非搭头部端的两个拐角涂覆粘结剂，该卷铁心的下表面涂覆完毕；

步骤4.5：清洁卷铁心的上表面，在卷铁心的上表面的铁心柱及非搭头部的铁轭涂覆粘结剂，待粘结剂固化后，该卷铁心的涂胶操作完成。

上述涂覆粘结剂的方法通过先进模后退火的工艺，且涂覆过程中不需要翻转卷铁心，而现有的涂胶方法是将退火完毕的卷铁心放入凹形模具中进行成型后，进行第一面涂胶，待第一面环氧树脂固化后将铁心翻转进行第二面涂覆。

此外，上述涂覆粘结剂的方法使用卷铁心成型涂胶装置，通过液压装置顶起铁心，对垫板进行涂胶后将垫板上的环氧树脂附着在铁心下表面，省去了铁心翻身、二次环氧树脂涂覆固化的时间，提高了非晶立体卷铁心的生产效率，减小进模和翻身对非晶立体卷铁心性能的影响。

综上所述，本发明用于提供一种断轭式非晶合金立体卷铁心及其制造方法，该卷铁心克服了不断轭立体卷铁心绕线困难的缺点，采用断轭非晶合金卷铁心并且三个卷铁心围成等边三角形，确保了三相磁路完全对称等长，能够确保三相供电的平衡，使磁阻大大减少，而且断轭卷铁心减少了专用绕线机设备投资，使用现有绕线机即可完成线圈的绕制，并能有效控制线圈的各个尺寸，从而保证了变压器的电气性能，线圈绕制完成后无需压装整形，减少了制造工艺过程，提升了绝缘性能，提高生产效率。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。