CN1921036B - 一种增轭式立体/平面卷铁芯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及增轭式立体/平面卷铁芯，其中：增轭式立体卷铁芯是由三个相同单框拼合而成，每个单框由一根或多根不同形状的硅钢带卷绕而成，其特征在于：在位于单框轭部至少一处的位置上通过硅钢带卷绕时集中或分散放置若干片硅钢带“增片”，以形成单框轭部横截面大于芯柱部分的横截面。由于采用了上述的技术解决方案，本发明增轭式立体/平面卷铁芯具有如下优点：性能提高：使用本发明如立体卷铁芯的变压器的空载损耗比同类变压器减少约8％；抗过电压的能力提高；使用本发明如立体卷铁芯的变压器比同类变压器抗过电压能力提高9％，从而大大提高变压器工作的可靠性；节省材料；达到三相平衡。

Description

一种增轭式立体/平面卷铁芯
技术领域
本发明涉及变压器制造技术，尤其指增轭式立体/平面卷铁芯。
背景技术
目前变压器、互感器、调压器等电器所用的铁芯绝大部分采用硅钢片或硅钢带制造。制造的方法主要有叠片和卷绕二种。叠片式铁芯是由硅钢片按一定形式叠成。这种铁芯由于磁路中存在空气隙，硅钢片间不够紧密，而且还存在着局部地方材料的高导磁方向和磁路方向不一致，使铁芯的性能较差，制成的变压器空载损耗较高、噪声较大。卷绕式铁芯是由一定形状的硅钢带连续卷绕而成。这种铁芯克服了叠片式铁芯的上述缺点，因此性能明显提高，主要体现在用这种铁芯制成的变压器损耗低、噪声小。卷绕式铁芯按芯柱的排列方式不同有平面卷铁芯和立体卷铁芯。而立体卷铁芯比平面卷铁芯更具下列优点：
1、空载损耗下降15％。
2、重量减轻15％，也就节省材料15％。
3、三相平衡。
因此，立体卷铁芯是一种非常优良的铁芯。但是立体卷铁芯和平面卷铁芯都普遍存在一个缺点，即：由于卷铁芯是由硅钢带连续卷绕而成，因此每个卷绕单框沿卷绕方向上各处的横截面积必然相等，但对于三相卷铁芯，由于铁芯中存在着三个磁路，使铁芯中存在着部分地方成为即三个磁路中两两相互共用的地方，其磁通量是二种磁通的矢量合成。因此对于三相卷铁芯来说必然会出现整个铁芯中各处的磁通密度不一致，磁路中往往铁轭或铁轭中的一部分磁密比芯柱磁密高。磁通密度高的地方空载损耗就大，磁通密度低的地方空载损耗就低。这样就造成了设计铁芯时不能按照磁通密度低的地方设计，还必须兼顾磁通密度高的地方，从而造成材料的浪费和铁芯性能的降低。对于性能优良的立体卷铁芯同样存在这种情况，铁芯的整个轭部比芯柱部分磁通密度高15.5％左右。为了降低成本，通常铁芯设计时，不会选择铁轭磁密来设计，而是将铁轭磁密设计得比芯柱高，达到1.8T左右。这样，一旦变压器输入电压因某种原因偏高时，铁轭磁密就非常接近磁饱和点，造成铁轭部位温度急剧升高，容易损坏变压器。因此，立体或平面卷铁芯设计时，难以选择最佳的磁通密度，也即，立体或平面卷铁芯无法获得最佳的性能和最低的制造成本。
发明内容
本发明旨在提供一种磁路中具有基本相同磁通密度的性能最佳、材料最节省的增轭式立体/平面卷铁芯。
本发明之一，一种增轭式立体卷铁芯，该卷铁芯是由三个相同单框拼合而成，每个单框由一根或多根不同形状的硅钢带卷绕而成，其特征在于：在位于单框轭部至少一处的位置上通过硅钢带卷绕时集中或分散放置若干片硅钢带“增片”，以形成单框轭部横截面大于芯柱部分的横截面。
在上述的增轭式立体卷铁芯中，单框为一闭口单框。
在上述的增轭式立体卷铁芯中，单框为一轭部开口的U形单框。
在上述的增轭式立体卷铁芯中，单框与单框的拼合面的平面上带有使拼合后形成的通道的凹槽。
在上述的增轭式立体卷铁芯中，加入的硅钢带“增片”的材料可以与卷绕用的硅钢带材料相同。
本发明之二，一种增轭式平面卷铁芯，该卷铁芯是由三个单框，即二个内框和一外框拼合而成，每个单框由一根或多根不同形状的硅钢带卷绕而成，其特征在于：在位于单框轭部至少一处的位置上通过硅钢带卷绕时集中或分散放置若干块硅钢带“增片”，以形成单框部分轭部横截面大于芯柱部分的横截面。
在上述的增轭式平面卷铁芯中，单框为一闭口单框。
在上述的增轭式平面卷铁芯中，单框为一轭部开口的U形单框。
在上述的增轭式平面卷铁芯中，加入的硅钢带“增片”的材料可以与卷绕用的硅钢带材料相同。
由于采用了上述的技术解决方案，本发明增轭式立体/平面卷铁芯具有如下优点：性能提高：使用本发明如立体卷铁芯的变压器的空载损耗比同类变压器减少约8％；抗过电压的能力提高；使用本发明如立体卷铁芯的变压器比同类变压器抗过电压能力提高9％，从而大大提高变压器工作的可靠性；节省材料；达到三相平衡。
附图说明
图1是本发明增轭式立体卷铁芯的结构示意图；
图2是本发明中经增轭后的单框示意图；
图3是本发明中单框芯柱部分横截面形状示意图；
图4(a)～(d)是本发明中单框轭部增轭后的形状示意图；
图5是本发明中卷绕单框的料带示意图；
图6是本发明中增轭用的“增片”的示意图；
图7是是本发明增轭式平面卷铁芯的结构示意图。
具体实施方式
本发明之一，增轭式立体卷铁芯。
以下以三相三柱多边形截面增轭式立体卷铁芯为例来阐明本发明的具体内容。
如图1所示，该铁芯是由三个形状相同的单框1拼合而成。每个单框1由一根或多根(如图5所示)不同形状的硅钢带和作为“增片”的多片硅钢片2(如图6所示)卷绕而成。硅钢带卷绕时，如图2所示，在单框1轭部位置集中或分散放置一定数量增片2，卷绕成的单框轭部11的横截面111(如图4所示)大于芯柱12的横截面121(如图3所示)。芯柱12的横截面121接近半圆形，拼合成铁芯后的芯柱部分横截面接近于整圆。
本发明之二，增轭式平面卷铁芯。
以下以三相三柱多边形截面增轭式平面卷铁芯为例来阐明本发明的具体内容。
如图7所示，该铁芯是由两个形状相同的较小单框3(即内框)和一较大单框4(即外框)拼合而成。每个单框1由一根或多根(如图5所示)不同形状的硅钢带和作为“增片”的多片硅钢片2(如图6所示)卷绕而成。硅钢带卷绕时，如图7所示，在单框1轭部部分位置集中或分散放置一定数量增片2，卷绕成的单框部分轭部11的横截面大于芯柱12的横截面。芯柱12的横截面12接近半圆形，拼合成铁芯后的芯柱部分横截面接近于整圆。
上述立体/平面卷铁芯的每个单框1可以是闭口单框，也可以是一个轭部开口的U形单框。对U形单框，先按上述方法卷绕成轭部面积增大的增轭单框，再在一轭部用本申请人在申请号为200520044188.6、200510028622.6中提供的切割方法和切割工具切割成开口的U形单框。三个相同U形单框拼合成增轭的开口式立体卷铁芯，线圈套装后，再将开口部分硅钢带由内向处拼合，拼合到放“增片”的地方将“增片”再放上，直到全部拼合U形单框的开口部分交错搭接后成为磁路闭合的铁芯框。闭合后轭部面积大于芯柱部分的面积，形成增轭。
如图4所示，单框卷绕时，加入增片2可以是在某部位集中加入“增片”(图4(a)所示)，也可以分散加入“增片”(图4(b)所示)，同样可以在某些部位集中加入“增片”(图4(c)所示)，另外一些部位分散加入“增片”(图4(d)所示)。
加入“增片”的部位，可以是整个轭部都加“增片”，也可以是部分轭部加入“增片”。“增片”的宽度应与放置位置卷绕料带宽度一致，“增片”长度应能覆盖需要加“增片”的整个轭部或部分轭部。
加入的硅钢带“增片”的材料可以与卷绕用的硅钢带材料相同，也可以不相同。
加入“增片”可以在单框卷绕过程中边卷绕边加入，也可在单框卷绕完成后，集中加入“增片”。
单框与单框的拼合面可以是平面，也可以平面上带有凹槽，拼合后凹槽形成的通道可作铁芯冷却或其它用途。
这种铁芯拼合后的芯柱横截面形状，接近整圆时，如准圆形(即R形)、准多边形、复合形、台阶形等，也可以是其它形状。
本发明的制造过程：在专用的硅钢带折线开料机上进行各条梯形(也可以其它形状)硅钢带的套裁加工。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，再在立体卷铁芯专用卷绕机上卷绕，卷绕过程中在铁芯单框的上、下轭部位放置“增片”，“增片”的放置方式可以是一个部位或几个部位集中放置或分散放置，也可以是部分集中放置部分分散放置(如图4)。
增轭的单框卷绕全部完成后，将三个单框组合在一起组成增轭立体卷铁芯。
综上所述，本发明由于采用轭部面积增大，使铁轭磁密与芯柱相等或相近，这样使变压器芯柱与铁轭磁密部处于合理状态，即使输入电压升高10％，铁轭的磁密也不会接近磁饱和点，不会造成铁芯温度过高而损坏变压器，提高了抗过电压的能力。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种增轭式立体卷铁芯，该卷铁芯是由三个相同单框拼合而成，每个单框由一根或多根不同形状的硅钢带卷绕而成，其特征在于：在位于单框轭部至少一处的位置上通过硅钢带卷绕时集中或分散放置若干片硅钢带“增片”，以形成单框轭部横截面大于芯柱部分的横截面。
2.根据权利要求1所述的增轭式立体卷铁芯，其特征在于：所述单框为一闭口单框。
3.根据权利要求1所述的增轭式立体卷铁芯，其特征在于：所述单框为一轭部开口的U形单框。
4.根据权利要求1所述的增轭式立体卷铁芯，其特征在于：所述加入的硅钢带“增片”的材料可以与卷绕用的硅钢带材料相同。
5.一种增轭式平面卷铁芯，该卷铁芯是由三个单框，即二个内框和一外框拼合而成，每个单框由一根或多根不同形状的硅钢带卷绕而成，其特征在于：在位于单框轭部至少一处的位置上通过硅钢带卷绕时集中或分散放置若干块硅钢带“增片”，以形成单框部分轭部横截面大于芯柱部分的横截面。
6.根据权利要求5所述的增轭式平面卷铁芯，其特征在于：所述单框为一闭口单框。
7.根据权利要求5所述的增轭式平面卷铁芯，其特征在于：所述单框为一轭部开口的U形单框。
8.根据权利要求5所述的增轭式平面卷铁芯，其特征在于：所述加入的硅钢带“增片”的材料可以与卷绕用的硅钢带材料相同。
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