[发明专利]制造变压器铁芯片模、片料的方法和片模、片料

说明书

技术领域

本发明涉及制造三相立体卷绕铁芯变压器的铁芯片模和片料的方法，以及根据这种制造方法和片模获得的卷绕铁芯片料，属于变压器铁芯制造技术领域。

背景技术

众所周知，铁芯是构成电力变压器磁路不可缺少的核心部件，它由铁芯柱和铁轭两部分组成，铁芯柱上套装有绕组，而铁轭使整个磁路形成闭合回路。现有卷绕式铁芯(简称卷铁芯)由一硅钢带连续卷绕制成，三维立体卷铁芯由三个卷铁芯元件合成，这种铁芯的具有相同的平行中心线的三个铁芯柱呈三角形布置，每个芯柱由两个相邻卷铁芯元件两两扣合而成，构成由三个框架组合成的三相变压器的三柱立体结构，在垂直于中心线的横截面上三个铁心柱的中心的连线为等边三角形，三相绕组成正三角形布置。由于铁芯三个柱体的磁路对称分布，使得空载电流也是对称分布，卷铁芯特别是立体卷铁芯比传统的叠层式铁芯具有显著的优点，整体体积更小、铁芯损失减小，因此优点较多。目前立体卷铁芯元件的制作采用了卷绕成形法，即将一张裁剪好的铁芯片料(也叫导磁材料、带材、铁芯胚材)通过卷绕设备卷制成卷铁芯元件，但在制造卷绕铁芯时，由于片材的切断、卷圆、成形、退火等各工序所动用的专用设备多且大，工艺操作复杂，因此很难制作卷铁芯，作业性恶化的不利影响使其发展与应用受到严重制约。立体卷铁芯制造难的主要原因之一，是由于在卷铁芯成形后受到电磁学原理要求不能再切削加工的限制，这样由于受裁剪工艺(在纵剪设备或滚剪设备上裁剪出铁芯片料的边缘轮廓)的限制，现有方法只能制作具有简单的外形结构和截面结构的卷铁芯元件，无法标准化制作具有复杂外形结构和复杂截面结构的卷铁芯元件。而且由于受卷绕工艺(用卷绕设备将裁剪好的铁芯片料卷制成卷铁芯元件)的限制，现有方法还存在铁芯片料之间松散、卷铁芯元件易变形、卷铁芯元件的外表面不平整等问题，直接影响卷铁芯元件的性能和质量。再者，由于受现有卷绕成形法的限制，卷铁芯元件的开轭工序只能在卷绕工序之后，从而难以避免开轭工艺使已卷制成形的卷铁芯元件变形，为此现有方法必须在开轭工艺后增加复杂的整形工艺，或者不允许卷铁芯元件开轭，而不设置开/闭轭结构的卷铁芯元件对于后续的套装绕组工艺增添了极大的困难。

作为立体卷铁芯的其他现有实例，公知的有专利文献1：ZL01215038.X号中国实用新型；专利文献2：ZL97221225.6号中国实用新型；专利文献3：ZL02130844.6号中国发明专利和专利文献4：ZL01248127.0号中国实用新型专利。其中ZL01215038.X公开了一种D型卷绕式三维立体变压器，它的卷铁芯元件为采用卷绕成形法制成的由4个直部组成的矩形的简单外形结构的框式铁芯，这种矩形的框式铁芯的导磁材料的应力集中在四个角的弧部，在两个直部之间不可避免地形成了集中的剧烈的弯曲变形，这种框式铁芯的稳定性较差，不宜设置开/闭轭结构，芯柱截面结构不能实现真圆型和开设内冷槽。ZL97221225.6公开了一种变压器铁芯卷绕装置，它是卷绕成形法必须的大型专用卷绕设备，该设备要求提供较大的卷绕拉力，由于多层并联的硅钢弹力给铁芯定型带来困难，因此即使采用较大的卷绕拉力仍然不能有效的压紧铁芯。ZL02130844.6公开了一种空间三角对称R型电力变压器铁心卷绕成形控制方法，它是卷绕成形法的辅助方法，目的是解决在卷绕工艺中如何实现非对称铁芯横截面和实体的成形、在卷绕工艺中如何减小铁芯横截面和实体的成形误差，该方法采用复杂的运动控制装置，以对带材的运动进行实时检测和纠偏，使带材从准确的位置送入卷绕设备，运动控制装置还可控制步进电机的速度，以实现对带材的送进速度的实时纠偏，显然，该控制装置非常复杂。而且由于卷绕成形法卷制的卷铁芯元件是不宜设置开/闭轭结构的自身闭合铁芯，所以无法在芯柱上套装已绕制成的绕组部件。为解决这一问题，ZL01248127.0公开了一种可以在自身闭合铁芯上直接绕制线圈(线绕组)的卷铁心绕线机，但尚不能直接绕制箔绕组。这些专利文献的卷绕成形法所用的片料均为一整条窄长的带材，该带材的轮廓形状(宽度方向的形状尺寸)限定了所要绕制的卷铁芯元件的截面形状和框架形状，由于现有卷绕成形技术的带材的轮廓形状的计算误差和加工误差大，再加上卷绕的松紧误差也很大，并且计算误差、加工误差和松紧误差会影响所要绕制的卷铁芯元件的截面形状，所以绕制出的卷铁芯元件的截面形状很不理想。并且，现有获得片料的轮廓形状和边缘形状的方法通常采用公式(数学)计算法，而轮廓形状是由片料的长度坐标与宽度坐标构成的平面坐标系内的二维曲线函数，边缘形状是由片料的长度坐标、宽度坐标与厚度坐标构成的空间坐标系内的三维曲面函数，所以建立数学模型(公式)十分复杂和困难，故而只能生产简单截面形状和框架形状的卷铁芯元件。

发明内容