一种三角立体卷铁心变压器铁心和线圈及两者的装配方法与流程

本发明涉及一种三角立体卷铁心变压器，更具体地说，涉及一种三角立体卷铁心变压器铁心和线圈及两者的装配方法。

背景技术：

三角立体卷铁心变压器是一种新结构的变压器，其创造性地改革了传统变压器的叠片式磁路结构和三相布局，使产品性能更为优化，并且其节材节能的优点越来越为大家认可，所以它在国网招标和用户市场中所占的份额也越来越大。

三角立体卷铁心变压器的两大核心组成部分即为三角立体卷铁心和高低压线圈。现有的三角立体卷铁心技术可分为闭口和开口两种结构形式，闭口的三角立体卷铁心是采用硅钢带连续绕制成近似半圆的多边形截面，然后再将三个半圆形截面的铁芯框结合成截面为圆形的三角立体卷铁心，这种闭口三角立体卷铁心的线圈在卷铁心的芯柱上绕制，铁心和线圈设计时均需要有足够的工艺尺寸，降低了变压器的填充率，造成直接材料成本增加，由于线圈和铁心之间的间隙较大，铁心窗口内侧无法撑紧，造成抗短路能力较差，且绕制比较麻烦，工艺性很差，使得制造成本较高，生产效率很低，一直制约着三角立体卷铁心变压器的发展；开口的三角立体卷铁心属于可拆铁心，是采用折片机将单片折成两个U字形，然后通过对插形成半圆形截面的单框铁芯(每个单框内有两处接缝)，最后将三个单框组合成截面为圆形的三角立体卷铁心，这种卷铁心的线圈预先绕制好，然后将卷铁心的上轭取下，将线圈套入心柱，最后再将上轭插上去，这种开口三角立体卷铁心相对于闭口三角立体卷铁心来说，工艺性较好，线圈与铁心之间的间隙能够用撑板来支撑，但插片难度较大，如果将接隙处全露出线圈端面来降低插片难度，需要增加铁心窗口的高度，从而增加铁心材料，并且铁心片插节困难，插不到位会造成铁心空载损耗系数较大，空载损耗不能保证。

开口的三角立体卷铁心相比于闭口的三角立体卷铁心而言，线圈的设置更为方便。但是，长久以来，不论是在闭口卷铁心上直接绕制的线圈还是预先绕制再与开口卷铁心装配的线圈，其线圈均为圆形结构，为了配合线圈的形状，三角立体卷铁心的芯柱截面也都设置为圆形或趋近于圆形的多边形结构，以提高变压器的各项性能。但是这种做法的缺点在于卷铁心的制作麻烦，耗材较为严重，导致三角立体卷铁心变压器的节材节能优势无法进一步扩大。

因此，有必要寻找一种新的工艺来制作三角立体卷铁心变压器的铁心和线圈，以满足三角立体卷铁心变压器的节材性和工艺性要求，并且能够有效减小铁心和线圈之间的间隙，便于间隙撑紧来提高变压器的抗短路能力。

技术实现要素：

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有三角立体卷铁心变压器的铁心和线圈存在的上述不足，提供一种三角立体卷铁心变压器铁心和线圈及两者的装配方法，采用本发明的技术方案，打破了传统对铁心和线圈结构的局限性，将大片宽的铁心片设于单框铁心窗口的内侧，小片宽的铁心片设于单框铁心窗口的外侧，且铁心片的片宽由单框铁心窗口的内侧到外侧逐渐减小，在相同铁心截面和相同铁心窗口尺寸下，铁心的重量更轻，大幅节省了铁心材料；线圈根据铁心心柱的截面形状绕制，进一步简化了铁心的结构，增强了铁心的制作工艺性，并且便于使线圈与铁心装配后的间隙位于铁心窗口的外侧，方便采用撑板撑紧，结构更加紧凑，提高了变压器的抗短路能力，也节约了大量的材料成本，且制作和装配工艺简单方便，尤其适用于中小型变压器。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种三角立体卷铁心变压器铁心，包括三个相互成60°夹角拼接的单框铁心，所述的单框铁心由具有接缝的铁心片卷制或折制而成，大片宽的铁心片设于单框铁心窗口的内侧，小片宽的铁心片设于单框铁心窗口的外侧，且铁心片的片宽由单框铁心窗口的内侧到外侧逐渐减小。

更进一步地，所述的单框铁心的心柱截面形状为直角梯形，且在该直角梯形的小片宽直角处设有一斜平面。

更进一步地，所述的单框铁心的拼接面和/或斜平面上还设有用于固定单框铁心的绑带槽。

更进一步地，所述的单框铁心窗口的内侧边缘还设有通过减小铁心片的片宽而形成的退让结构。

更进一步地，所述的单框铁心的接缝数量为1或2个。

更进一步地，所述的铁心片的材质为硅钢或非晶合金材料。

本发明的一种三角立体卷铁心变压器线圈，该线圈根据上述的三角立体卷铁心变压器铁心心柱的截面形状绕制。

更进一步地，该线圈包括低压线圈和高压线圈，所述的高压线圈设于低压线圈的外侧，且低压线圈和高压线圈之间设有主空道，所述的低压线圈的内侧还设有围板。

本发明的一种三角立体卷铁心变压器铁心与线圈的装配方法，包括上述的三角立体卷铁心变压器铁心和上述的三角立体卷铁心变压器线圈，装配步骤如下：

(a)将三组线圈相互成60°夹角拼接后固定在装配台上；

(b)将第一个单框铁心打开并插入两组线圈内，同时将第一个单框铁心的接缝整理闭合后锁紧；

(c)将第一个单框铁心与线圈相对固定后旋转120°，将第二个单框铁心打开并插入两组线圈内，同时将第二个单框铁心的接缝整理闭合后锁紧；

(d)将第一个单框铁心、第二个单框铁心与线圈相对固定后再旋转120°，将第三个单框铁心打开并插入两组线圈内，同时将第三个单框铁心的接缝整理闭合后锁紧，完成铁心与线圈的装配。

更进一步地，所述的铁心与线圈之间的缝隙位于铁心窗口的外侧，缝隙内采用撑板(4)将线圈撑紧。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种三角立体卷铁心变压器铁心和线圈，打破了传统对铁心和线圈结构的局限性，将大片宽的铁心片设于单框铁心窗口的内侧，小片宽的铁心片设于单框铁心窗口的外侧，且铁心片的片宽由单框铁心窗口的内侧到外侧逐渐减小，在相同铁心截面和相同铁心窗口尺寸下，铁心的重量更轻，大幅节省了铁心材料；线圈根据铁心心柱的截面形状绕制，进一步简化了铁心的结构，增强了铁心的制作工艺性，并且便于使线圈与铁心装配后的间隙位于铁心窗口的外侧，方便采用撑板撑紧，结构更加紧凑，提高了变压器的抗短路能力，也节约了大量的材料成本，且制作和装配工艺简单方便，尤其适用于中小型变压器；

(2)本发明的一种三角立体卷铁心变压器铁心，其单框铁心的心柱截面形状为直角梯形，且在该直角梯形的小片宽直角处设有一斜平面，采用该截面形状的单框铁心，不仅制作更加方便，而且便于线圈绕制，减小线圈与铁心之间的缝隙；

(3)本发明的一种三角立体卷铁心变压器铁心，其单框铁心的拼接面和/或斜平面上根据需要还设有数量不限的用于固定单框铁心的绑带槽，便于铁心接缝的固定，使变压器的制作更加方便；

(4)本发明的一种三角立体卷铁心变压器铁心，其单框铁心窗口的内侧边缘根据需要还设有通过减小铁心片的片宽而形成的退让结构，能够更好地满足线圈的绕制工艺，有效避让线圈的转角过渡，便于铁心和线圈的装配；

(5)本发明的一种三角立体卷铁心变压器铁心，其单框铁心的接缝数量为1或2个，能够满足各种变压器的要求，对于小型变压器宜采用1个接缝的单框铁心，对于中型变压器宜采用2个接缝的开口折铁心，对于干式变压器亦可采用2个接缝的开口折铁心；

(6)本发明的一种三角立体卷铁心变压器铁心与线圈的装配方法，其线圈预先按照铁心心柱截面缠绕，并将三组线圈相互成60°夹角拼接后固定在装配台上，然后分别与三个单框铁心进行装配，装配简单方便，而且装配后结构紧凑，线圈与铁心的间隙均位于铁心窗口外侧，便于采用撑板撑紧，有效提高了变压器的填充率，提高了变压器的抗短路能力；

(7)本发明的一种三角立体卷铁心变压器铁心和线圈及两者的装配方法，解决了现有三角立体卷铁心变压器制作过程中的所有弊端，使三角立体卷铁心变压器相对于其它结构的变压器的优势更加显现出来，为三角立体卷铁心变压器的市场推广作出巨大贡献。

附图说明

图1为本发明中的单框铁心的主视结构示意图；

图2为本发明中的单框铁心的侧视结构示意图；

图3为本发明中的单框铁心的俯视结构示意图；

图4为图1中A-A方向剖视结构示意图；

图5为本发明中具有绑带槽的单框铁心心柱的截面结构示意图；

图6(a)和图6(b)为本发明中单框铁心窗口内侧边缘处的两种退让结构示意图；

图7(a)、图7(b)、图7(c)和图7(d)为本发明中另外四种单框铁心的截面结构示意图；

图8为本发明的一种三角立体卷铁心变压器铁心的立体结构示意图；

图9为本发明的一种三角立体卷铁心变压器铁心的主视结构示意图；

图10为本发明的一种三角立体卷铁心变压器铁心的俯视结构示意图；

图11为图9中B-B方向剖视结构示意图；

图12为本发明的一种三角立体卷铁心变压器铁心与线圈的装配方法的原理示意图；其中，图12(a)为三组线圈的拼接固定示意图，图12(b)为第一个单框铁心与三组线圈的装配示意图；图12(c)为第二个单框铁心与三组线圈的装配示意图；图12(d)为第三个单框铁心与三组线圈的装配示意图；

图13为本发明的一种三角立体卷铁心变压器铁心与线圈的装配结构示意图；

图14为本发明中的具有两个接缝的单框铁心的结构示意图；其中，图14(a)为单框铁心的拆分结构示意图；图14(b)为单框铁心的装配结构示意图；

图15为本发明中的铁心和线圈的装配立体结构示意图。

示意图中的标号说明：

1、铁心一；2、铁心二、3、铁心三；4、撑板；5、围板；6、低压线圈；7、主空道；8、高压线圈；10、铁心片；20、接缝；30、拼接面；40、斜平面；50、绑带槽。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例

结合图8、图9和图10所示，本实施例的一种三角立体卷铁心变压器铁心，包括三个相互成60°夹角拼接的单框铁心，三个单框铁心分别为铁心一1、铁心二2和铁心三3，三个单框铁心结构相同，均具有两个呈120°夹角的拼接面30，三个单框铁心依次拼接即可形成图10所示的三角立体卷铁心。在本实施例中，如图1至图4所示，上述的单框铁心由具有接缝20的铁心片10卷制或折制而成，该单框铁心为开口式卷铁心，铁心能够打开，便于装配线圈，并且在制作本实施例中的单框铁心时，其原则为：大片宽的铁心片10设于单框铁心窗口的内侧，小片宽的铁心片10设于单框铁心窗口的外侧，且铁心片10的片宽由单框铁心窗口的内侧到外侧逐渐减小。这样，在相同铁心截面和相同铁心窗口尺寸下，铁心的重量更轻，大幅节省了铁心材料。应当理解，在单框铁心卷制或折制时，应保证单框铁心的拼接面30与单框铁心窗口中心线的夹角为60°(如图4所示)，这样即可保证三个单框铁心拼接而成如图10所示的三角立体结构。铁心片10卷制或折制工艺与现有技术相同，在此不再赘述。

根据上述原则可以得到多种单框铁心结构，在本实施例中，单框铁心的心柱截面形状优选为直角梯形，且在该直角梯形的小片宽直角处设有一斜平面40(如图4所示)，斜平面40与拼接面30相垂直最佳，事实表明，该截面形状的单框铁心也是最佳的方案，不仅制作更加方便，而且便于线圈绕制，并能够有效减小线圈与铁心之间的缝隙；并且，与现有技术相比，现有两个半圆组成的三角立体卷铁心技术，不管是开口或闭口式结构，为了提高材料的利用率，每个单框铁心均是由8段材料组成的，材料在开料时需要不停地调整，而采用上述单框铁心截面形状，最多只需要3段料就可以完成，图6(a)所示，单框铁心窗口最内侧的材料片形为矩形，不需要开料机加工，中间部分片形为直角梯形，仅需对拼接面30进行开料加工，最外侧一小部分材料片形可以参照现有技术进行加工，简化了铁心的制作难度，大大提高了铁心的制作效率。需要说明的是，在上述“大片宽的铁心片10设于单框铁心窗口的内侧，小片宽的铁心片10设于单框铁心窗口的外侧，且铁心片10的片宽由单框铁心窗口的内侧到外侧逐渐减小”的原则中，铁心片10的片宽由单框铁心窗口的内侧到外侧逐渐减小，应当理解为大致趋势是呈逐渐减小的状态，根据具体工艺要求，在单框铁心的某些边角结构中也可以进行裁剪设计，使铁心结构更加优化。例如，在本实施例中，根据需要，在单框铁心窗口的内侧边缘还设有通过减小铁心片10的片宽而形成的退让结构(如图6所示)，利用上述的退让结构，能够更好地满足线圈的绕制工艺，有效避让线圈的转角过渡，便于铁心和线圈的装配。在图6(a)中，通过减小铁心片10的片宽形成平倒角和切口结构，在图6(b)中，通过减小铁心片10的片宽形成圆弧倒角结构。另外，如图5所示，为了更好地固定单框铁心，在单框铁心的拼接面30和/或斜平面40上还设有用于固定单框铁心的绑带槽50，根据单框铁心的具体形状，绑带槽50可设置在拼接面30和/或斜平面40上，优选设置在宽度方向尺寸较大的面上，绑带槽50可通过减少对应位置的铁心片10片宽形成，设置方便，利用绑带槽50能够便于铁心接缝的固定，使变压器的制作更加方便；绑带槽50的数量不限，根据具体需要，可设置一个或多个绑带槽50。可以看出，上述通过减小铁心片10的片宽来实现铁心优化设计的结构，均是在满足上述设计原则的情况下做出的。斜平面40与退让结构的设置均为了满足线圈的绕制工艺。

此外，在本实施例中，其铁心片10的材质可为硅钢或非晶合金材料。并且，单框铁心的接缝20数量可为1或2个，能够满足各种变压器的要求，当接缝20数量为1个时，接缝20设于两个铁心的心柱之间最佳(如图1所示)，这种1个接缝20的单框铁心更适用于小型变压器和非晶变压器；当接缝20数量为2个时，接缝20分别设于两个铁心的心柱上最佳(如图14所示)，采用开口折铁心结构，这种2个接缝20的单框铁心更适用于中型变压器和干式变压器，如图14(a)和(b)所示，接缝20采用锯齿状，便于单框铁心进行插配组装。

本实施例的一种三角立体卷铁心变压器铁心，采用上述结构设计，增加了铁心片10的单张片宽，在同样的有效铁心心柱截面积下，铁心所需的片数大大减少，减少了铁心制作的时间，铁心片10的纵剪、开料和成形等效率更高。

结合图13所示，本实施例的一种三角立体卷铁心变压器线圈，该线圈根据上述的三角立体卷铁心变压器铁心心柱的截面形状绕制，打破了现有三角立体卷铁心变压器的线圈一直采用圆形结构的偏见，从而使传统的铁芯心柱截面就线圈结构而设计转变为线圈就铁芯心柱来设计，进一步简化了铁心的结构，增强了铁心的制作工艺性，降低了铁心的制作难度。采用上述铁心和线圈的设计原则，对铁心心柱的截面形状限制小，不仅可采用如图4所示的单框铁心心柱截面形状，还可采用图7(a)、图7(b)、图7(c)和图7(d)中所示的4种单框铁心心柱截面形状，其中图7(a)的截面形状为直角梯形，图7(b)和图7(c)的截面形状为在直角梯形的基础上将直角梯形的高和短底边圆弧化形成的形状，图7(d)的截面形状为在图4截面形状的基础上将斜平面40设计为阶梯面，均可以达到节约铁心材料和提高铁心工艺性的作用。采用图7(d)中的截面形状，简化了开料工艺，铁心制作更加方便。相邻两个单框铁心的心柱拼接成如图11所示的心柱截面。

接续图13所示，本实施例的一种三角立体卷铁心变压器线圈，该线圈包括低压线圈6和高压线圈8，低压线圈6和高压线圈8均根据上述的铁心心柱的截面形状绕制，且高压线圈8设于低压线圈6的外侧，且低压线圈6和高压线圈8之间设有主空道7，低压线圈6的内侧还设有围板5。

如图12所示，本实施例的一种三角立体卷铁心变压器铁心与线圈的装配方法，包括上述的三角立体卷铁心变压器铁心和上述的三角立体卷铁心变压器线圈，装配方法如下：

(a)将三组线圈相互成60°夹角拼接后固定在装配台上(如图12(a)所示)；

(b)将第一个单框铁心(铁心一1)打开并插入两组线圈内，同时将第一个单框铁心的接缝20整理闭合后锁紧(如图12(b)所示)；

(c)将第一个单框铁心与线圈相对固定后旋转120°，将第二个单框铁心(铁心二2)打开并插入两组线圈内，同时将第二个单框铁心的接缝20整理闭合后锁紧(如图12(c)所示)；

(d)将第一个单框铁心、第二个单框铁心与线圈相对固定后再旋转120°，将第三个单框铁心(铁心三3)打开并插入两组线圈内，同时将第三个单框铁心的接缝20整理闭合后锁紧，完成铁心与线圈的装配(如图12(d)所示)，铁心和线圈装配后的结构如图15所示。

在上述的装配方法中，对于硅钢材质的铁心，外部用钢带和钢扣锁紧；对于非晶材质的铁心，外部用硅钢片相对固定。另外，对于干式变压器的装配，也可以采用现有技术来实施，即先把三个单框铁心组成一个三角立体卷铁心，取下上轭，在心柱上套入线圈，再插入上轭，完成线圈和铁心的装配。

本实施例的一种三角立体卷铁心变压器铁心与线圈的装配方法，装配简单方便，而且装配后结构紧凑。如图12所示，卷铁心窗口内侧和低压线圈6内侧可以完全贴合，所有线圈与铁心的间隙均位于铁心窗口外侧，且铁心与线圈之间的缝隙采用撑板4撑紧，在工艺上完全能够通过撑板4撑紧，提高了变压器的抗短路能力。

本发明的一种三角立体卷铁心和线圈及两者的装配方法，打破了传统对铁心和线圈结构的局限性，将大片宽的铁心片设于单框铁心窗口的内侧，小片宽的铁心片设于单框铁心窗口的外侧，且铁心片的片宽由单框铁心窗口的内侧到外侧逐渐减小，在相同铁心截面和相同铁心窗口尺寸下，铁心的重量更轻，大幅节省了铁心材料；线圈根据铁心心柱的截面形状绕制，进一步简化了铁心的结构，增强了铁心的制作工艺性，并且便于使线圈与铁心装配后的间隙位于铁心窗口的外侧，方便采用撑板撑紧，结构更加紧凑，提高了变压器的抗短路能力，也节约了大量的材料成本，且制作和装配工艺简单方便；解决了现有三角立体卷铁心变压器制作过程中的所有弊端，使三角立体卷铁心变压器相对于其它结构的变压器的优势更加显现出来，为三角立体卷铁心变压器的市场推广作出巨大贡献。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。