变压器叠铁心及其制备方法与流程

本发明属于变压器零部件技术领域，具体涉及一种变压器叠铁心及其制备方法。

背景技术：

目前，变压器铁心结构分为叠片式和卷绕式，叠片式变压器铁心是由多级不同宽度的硅钢片叠积而成，其铁心柱或轭的轮廓截面为由若干级长方形组成的台阶式圆形(如图1所示)、台阶式长圆形或台阶式椭圆形结构。如申请号为cn00212756.3的实用新型专利《一种配电变压器》(授权公告号为cn2431630y)、申请号为cn201420803446.3的实用新型专利《一种新型三相五柱式大容量变压器的铁心结构》(授权公告号为cn204257346u)公开的变压器的铁心结构均为叠片式。

在现有变压器的设计中，铁心的截面如何设计是一个很重要的环节，关系到整个变压器的使用效果及生产成本。为此申请号为cn201110000854.6的发明专利《电力变压器铁心柱截面的优化设计方法》(授权公告号为cn102208274b)通过编程求解最优铁心截面的设计，解放了人工求解，提高了计算速度，却没有从结构上对铁心截面进行实质性改进，未达到理想的填充系数。

叠片式铁心的截面由于是台阶式结构，一般至少需要7级台阶才能使线圈内铁心的填充率达到使用要求。如此，加工时需要剪切7～18种规格的硅钢片，叠片时当一种规格的硅钢片叠积完后，需要更换另一种规格的硅钢片进行叠积，如此循环反复作业，直至所有的硅钢片均叠积完而制得铁心。制得的铁心的截面系数只有90.5～93％，填充率低；且在制备过程中需要不断地更换硅钢片，导致生产效率低。

为克服上述缺陷，申请号为cn201710981565.6的发明专利申请《一种提高铁芯填充率的铁芯结构及其剪切、装配方法》(申请公布号为cn107658110a)采用多级梯形组成多边形铁心截面，有效提高铁心的填充率，降低了铁心成本，但是根据其描述“芯柱截面或轭截面中相邻两级梯形的相邻底边长度相同”并结合实施例的描述，本领域技术人员可知该铁芯的制造过程是采用一张梯形硅钢片仅剪切一个柱或轭的铁心截面，这样剪切一级梯形的两个边柱、中柱、上下铁轭需要更换5张梯形片才能完成，导致制造效率低，不能满足自动剪切及叠台的需要。特别是现在随着自动化铁心生产设备的陆续采用，在设备上更换硅钢片的时间会是剪切时间的几倍以上，若硅钢片规格较多，则会有大把的时间浪费在更换硅钢片上，进而大大降低了自动化设备的生产效率。

技术实现要素：

本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种填充率较高、功率损耗较低的变压器叠铁心。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种上述变压器叠铁心的制备方法，以减少梯形硅钢片条的更换次数，进而提高生产效率，降低成本。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种变压器叠铁心，包括有分别位于左、右、中的柱和位于上、下的轭，铁心的柱截面和轭截面为由长方形和若干级梯形组成的多边形，所述长方形位于多边形的中间，所述各级梯形位于长方形长边的两侧，且各侧的梯形的底边依次相接后与长方形的长边相接；其特征在于：所述柱截面和轭截面中相邻两级梯形的相邻底边长度不同，且越靠近长方形的梯形的底边长度越大；且所述轭截面的面积大于柱截面的面积。

为了进一步提高填充率，降低损耗，所述铁心的柱截面或/和轭截面优选为圆或长圆或椭圆的内接多边形。

所述铁心优选为三相三柱式结构。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种如上所述的变压器叠铁心的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

一、制作柱截面和轭截面中位于多边形底部的第一级梯形所对应的一级铁心：将硅钢片卷材按与长度方向成所需角度进行纵向裁剪，得到第一级梯形硅钢片条；以第一级梯形硅钢片条的小头端为起始端，沿着第一级梯形硅钢片条的长度方向依次横向裁剪，裁剪循序为若干个数量相同的左、右边柱片、中柱片和下、上轭片，得到一级铁心的多片硅钢片；将该一级铁心的多片硅钢片按照尺寸由小而大一次单片或多片一组进行叠片，叠片循序为左、右边柱片、中柱片和上、下轭片，制得一级铁心；

二、制作柱截面和轭截面中第二级梯形所对应的二级铁心：将硅钢片卷材按与长度方向成所需角度进行纵向裁剪，得到第二级梯形硅钢片条，该第二级梯形硅钢片条的小头端的宽度为步骤一中剪完最后一个上轭片后的第一级梯形硅钢片条的大头端的宽度；以第二级梯形硅钢片条的小头端为起始端，沿着第二级梯形硅钢片条的长度方向依次横向裁剪，裁剪循序同上述步骤一中的裁剪循序，得到二级铁心的多片硅钢片；将该二级铁心的多片硅钢片在一级铁心的基础上按照尺寸由小而大一次单片或多片一组进行叠片，叠片循序同上述步骤一中的叠片循序，制得二级铁心，该二级铁心的柱截面和轭截面为位于第一级梯形上方并与第一级梯形相邻的第二级梯形；

三、根据上述步骤一、二的规律制作上述柱截面和轭截面中位于长方形一侧的后续所需级数的梯形所对应的铁心，直至得到n级铁心，该n级铁心的柱截面和轭截面为位于第n-1级梯形上方并与第n-1级梯形相邻的第n级梯形；其中n为大于等于2的自然数；

四、制作柱截面和轭截面中长方形所对应的中间级铁心：根据变压器叠铁心的尺寸在硅钢片卷材上纵向裁剪矩形硅钢片条；该矩形硅钢片条的宽度为步骤三中剪完n级铁心中的最一个上轭片后的第n级梯形硅钢片条的大头端的宽度；以矩形硅钢片条的一端为起始端，沿着矩形硅钢片条的长度方向横向裁剪若干个数量相同的左、右边柱片、中柱片和上、下轭片，得到中间级铁心的多片硅钢片；将中间级铁心的多片硅钢片在上述步骤三制得的n级铁心的基础上进行叠片，叠片循序同上述步骤一中的叠片循序，制得中间级铁心，即n+1级铁心；

五、制作上述柱截面和轭截面中位于长方形另一侧的第n+2级梯形所对应的n+2级铁心：将硅钢片卷材按与长度方向成所需角度进行纵向裁剪，得到与第n级梯形硅钢片条相同规格的第n+2级梯形硅钢片条，以第n+2级梯形硅钢片条的小头端为起始端，沿着第n+2级梯形硅钢片条的长度方向依次横向裁剪，裁剪循序同上述步骤一中的裁剪循序，得到n+2级铁心的多片硅钢片；将n+2级铁心的多片硅钢片在n+1级铁心的基础上按照尺寸由大而小一次单片或多片一组进行叠片，叠片循序同上述步骤一中的叠片循序，制得n+2级铁心；

六、制作上述柱截面和轭截面中位于长方形另一侧的第n+3级梯形所对应的n+3级铁心：将硅钢片卷材按与长度方向成所需角度进行纵向裁剪，得到与第n-1级梯形硅钢片条相同规格的第n+3级梯形硅钢片条，以第n+3级梯形硅钢片条的小头端为起始端，沿着第n+3级梯形硅钢片条的长度方向依次横向裁剪，裁剪循序同上述步骤一中的裁剪循序，得到n+3级铁心的多片硅钢片；将n+3级铁心的多片硅钢片在n+2级铁心的基础上按照尺寸由大而小一次单片或多片一组进行叠片，叠片循序同上述步骤一中的叠片循序，制得n+3级铁心，该n+3级铁心的柱截面和轭截面为位于第n+2级梯形的上方并与第n+2级梯形相邻的第n+3级梯形；

七、根据上述步骤五、六的规律制作上述柱截面和轭截面中位于长方形另一侧的后续所需级数的梯形所对应的铁心，直至得到2n+1级铁心，即制得完整的变压器叠铁心，该2n+1级铁心的柱截面和轭截面为位于第2n级梯形上方并与第2n级梯形相邻的第2n+1级梯形；

上述横向裁剪采用与长度方向成所需角度的正反刀相间的剪切方式。

为了提高生产效率，作为改进，相同规格的梯形硅钢片条能通过将硅钢片卷材上下叠放后套裁。由于柱截面和轭截面中相邻两级梯形的相邻底边长度不同，即使套裁后的梯形硅钢片条存在些许差异，也不会影响到后续的裁剪和叠放。

为了提高叠片效率和精度质量，改进，所述硅钢片在铁心叠装台上进行叠片，各所述硅钢片上分别开设有至少一个定位孔，所述铁心叠装台上凸设有能穿过定位孔并对硅钢片进行定位叠装的定位杆。

优选的是，裁剪左、右边柱片的循序为先裁剪至少三片左边柱片、后裁剪与左边柱片数量相等的右边柱片；或先裁剪一个左边柱片、再裁剪一个右边柱片、再裁剪一个左边柱片，如此循环，剪完至少三片左边柱片及与左边柱片数量相同的右边柱片。

最后，裁剪下、上轭片的循序为先裁剪若干个与左边柱片数量相同的下轭片、后裁剪若干个与下轭片数量相等的上轭片；或先裁剪一个下轭片、再裁剪一个上轭片、再裁剪一个下轭片，如此循环，剪完与左边柱片数量相同的下轭片及与下轭片数量相同的上轭片。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明铁心的一级中的两个边柱、中柱、上下轭是由一张梯形硅钢片条裁剪而成的，故而需使用的梯形硅钢片条的规格较少，是现有技术中需使用的梯形硅钢片条的规格的一半以下，如此，大大减少了更换硅钢片的次数，提高了生产效率；

2、由于本发明更换硅钢片的次数大大减少，故而适用于自动化铁心生产设备，能大幅度降低制造成本及人工成本的同时，还能提高叠片效率和质量，降低人工搬运及叠片过程中对铁心的损耗至少5％以上；

3、由于本发明的两个边柱、中柱、上下轭片是在一张梯形硅钢片条上循环剪切叠放，使得轭的截面积略大于柱的截面积，进而能降低铁心损耗至少1％；且与现有铁心相比，本发明的铁心截面系数较高，可达93～98％，且材料的利用率提高10％以上。

附图说明

图1为现有技术中叠片式变压器铁心的柱截面图；

图2为本发明实施例1中左、右边柱、中柱、上、下轭的位置示意图；

图3为图2中e-e向剖视图；

图4为本发明实施例1中矩形硅钢片条的结构示意图；

图5为本发明实施例1中第一级梯形硅钢片条的结构示意图；

图6为本发明实施例1中左、右边柱片、中柱片和上、下轭片的裁剪循序示意图；

图7为本发明实施例2中变压器叠铁心的柱截面图；

图8为本发明实施例2中左、右边柱片、中柱片和上、下轭片的裁剪循序示意图；

图9为本发明实施例3中变压器叠铁心的柱截面图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

如图2～6所示，为本发明的变压器叠铁心及其制备方法的实施例1，该变压器叠铁心为三相三柱式铁心结构，如图2所示，包括有分别位于左、右、中的柱(分别为左边柱1、右边柱2、中柱3)和位于上、下的轭(分别为上轭4、下轭5)。

其中，铁心的柱截面和轭截面为由中间级的长方形a和若干级梯形b组成的多边形，如图3所示，本实施例中柱截面为圆的内接十六边形，轭截面图中未示出，但也为圆的内接十六边形，长方形a位于多边形的中间，各级梯形b位于长方形a长边的两侧(本实施例中，长方形a的上下两侧分别有三级梯形b，故而上下三级梯形b与中间级的长方形a形成铁心的七级结构，从下至上分别为一级铁心的截面即为第一级梯形b1、二级铁心的截面即为第二级梯形b2、三级铁心的截面即为第三级梯形b3、四级铁心的截面即为长方形a、五级铁心的截面即为第五级梯形b5、六级铁心的截面即为第六级梯形b6、七级铁心的截面即为第七级梯形b7)，且各侧的梯形b的底边依次相接后与长方形a的长边相接，柱截面和轭截面中相邻两级梯形b的相邻底边长度略有不同，且越靠近长方形a的梯形b的底边长度越大；各个轭截面和柱截面的面积不同，且轭截面的面积稍大于柱截面的面积。

上述变压器叠铁心的制备方法包括如下步骤：

一、制作柱截面和轭截面中第一级梯形所对应的一级铁心：将需剪切的硅钢片卷材放置在自动剪切线的放料架上，根据变压器叠铁心的尺寸将硅钢片卷材按与长度方向成所需角度进行纵向裁剪，得到第一级梯形硅钢片条，如图5所示；以第一级梯形硅钢片条200的小头端为起始端，沿着第一级梯形硅钢片条200的长度方向依次横向裁剪，裁剪循序为若干个数量相同的左、右边柱片11、21、中柱片31和下、上轭片51、41(第一级梯形硅钢片条200从小头端开始沿着长度方向宽度增大，由于上、下轭片41、51的裁剪循序在左、右边柱片11、21和中柱片31之后，进而使得上、下轭片41、51的面积稍大于左、右边柱片11、21和中柱片31，进而使得轭截面的面积稍大于柱截面的面积)，裁剪过程中在各个片上冲两个定位孔x以便下一步工序的定位，得到一级铁心的多片硅钢片；在铁心叠装台上设置能穿过定位孔x的定位杆进行自动叠片，机械手或其他叠片装置将一级铁心的多片硅钢片按照尺寸由小而大一次单片或多片一组进行叠片，叠片循序为左、右边柱片11、21、中柱片31和上、下轭片41、51，制得一级铁心，该一级铁心的柱截面和轭截面均为位于多边形底部的第一级梯形b1，如图3所示；

二、制作柱截面和轭截面中第二级梯形所对应的二级铁心：将硅钢片卷材按与长度方向成所需角度进行纵向裁剪，得到第二级梯形硅钢片条(图中未示出)，该第二级梯形硅钢片条小头端的宽度为步骤一中剪完最后一个上轭片41后的第一级梯形硅钢片条200的大头端的宽度；以第二级梯形硅钢片条的小头端为起始端，沿着第二级梯形硅钢片条的长度方向依次横向裁剪，裁剪循序同上述步骤一中的裁剪循序，同样裁剪过程中在各个片上冲两个定位孔x以便下一步工序的定位，得到二级铁心的多片硅钢片；机械手或其他叠片装置将二级铁心的多片硅钢片在一级铁心的基础上按照尺寸由小而大一次单片或多片一组进行叠片(叠片时将各片上的定位孔x穿过定位杆即可实现准确定位、叠片，以下各步骤也以同样方式操作)，叠片循序同上述步骤一中的叠片循序，制得二级铁心，如图3所示，该二级铁心的柱截面和轭截面为位于第一级梯形b1上方并与第一级梯形b1相邻的第二级梯形b2(由于第二级梯形硅钢片条的起始端宽度为第一级梯形硅钢片条200剪完最后一个上轭片41后的宽度，如此，使得柱截面和轭截面中第二级梯形b2与第一级梯形b1的相邻底边长度不同，且第二级梯形b2的下底边长度长于第一级梯形b1的上底边长度)；

三、制作柱截面和轭截面中第三级梯形所对应的三级铁心：将硅钢片卷材按与长度方向成所需角度进行纵向裁剪，得到第三级梯形硅钢片条(图中未示出)，该第三级梯形硅钢片条小头端的宽度为步骤二中剪完最后一个上轭片后的第二级梯形硅钢片条的大头端的宽度；以第三级梯形硅钢片条的小头端为起始端，沿着第三级梯形硅钢片条的长度方向依次横向裁剪，裁剪循序同上述步骤一中的裁剪循序，裁剪过程中在各个片上冲两个定位孔x以便下一步工序的定位，得到三级铁心的多片硅钢片；机械手或其他叠片装置将三级铁心的多片硅钢片在二级铁心的基础上按照尺寸由小而大一次单片或多片一组进行叠片，叠片循序同上述步骤一中的叠片循序，制得三级铁心，如图3所示，该三级铁心的柱截面和轭截面为位于第二级梯形b2上方并与第二级梯形b2相邻的第三级梯形b3，且第三级梯形b3的下底边长度长于第二级梯形b2的上底边长度；

四、制作柱截面和轭截面中长方形所对应的四级铁心：如图4所示，将硅钢片卷材纵向裁剪成矩形硅钢片条100，该矩形硅钢片条100的宽度为步骤三中剪完最后一个上轭片后的第三级梯形硅钢片条的大头端的宽度；以矩形硅钢片条100的一端为起始端，沿着矩形硅钢片条100的长度方向横向裁剪若干个数量相同的左、右边柱片、中柱片和上、下轭片(由于矩形硅钢片条100每处的宽度都相同，故而左、右边柱片、中柱片和上、下轭片的裁剪循序没有要求，可根据具体工况设计)，裁剪过程中在各个片上冲两个定位孔以便下一步工序的定位，得到四级铁心(即中间级铁心)的多片硅钢片；机械手或其他叠片装置将四级铁心的多片硅钢片在上述三级铁心的基础上进行叠片，叠片循序同上述步骤一中的叠片循序，制得四级铁心，该四级铁心的柱截面和轭截面为上述长方形a，且长方形a的长度长于第三级梯形b2的上底边长度；

五、制作柱截面和轭截面中第五级梯形所对应的五级铁心：将硅钢片卷材按与长度方向成所需角度进行纵向裁剪，得到与第三级梯形硅钢片条相同规格的第五级梯形硅钢片条(图中未示出)，以第五级梯形硅钢片条的小头端为起始端，沿着第五级梯形硅钢片条的长度方向依次横向裁剪，裁剪循序同上述步骤一中的裁剪循序，裁剪过程中在各个片上冲两个定位孔x以便下一步工序的定位，得到五级铁心的多片硅钢片；机械手或其他叠片装置将五级铁心的多片硅钢片在四级铁心的基础上按照尺寸由大而小一次单片或多片一组进行叠片，叠片循序同上述步骤一中的叠片循序，制得五级铁心，该五级铁心的柱截面和轭截面为位于长方形a的上方并与长方形a相邻的第五级梯形b5，且第五级梯形b5的下底边长度小于长方形a的长度；

六、制作柱截面和轭截面中第六级梯形所对应的六级铁心：将硅钢片卷材按与长度方向成所需角度进行纵向裁剪，得到与第二级梯形硅钢片条相同规格的第六级梯形硅钢片条(图中未示出)，以第六级梯形硅钢片条的小头端为起始端，沿着第六级梯形硅钢片条的长度方向依次横向裁剪，裁剪循序同上述步骤一中的裁剪循序，裁剪过程中在各个片上冲两个定位孔x以便下一步工序的定位，得到六级铁心的多片硅钢片；机械手或其他叠片装置将六级铁心的多片硅钢片在五级铁心的基础上按照尺寸由大而小一次单片或多片一组进行叠片，叠片循序同上述步骤一中的叠片循序，制得六级铁心，该六级铁心的柱截面和轭截面为位于第五级梯形b5的上方并与第五级梯形b5相邻的第六级梯形b6，第六级梯形b6的下底边长度小于第五级梯形b5的上底边长度；

七、制作柱截面和轭截面中第七级梯形所对应的七级铁心：将硅钢片卷材按与长度方向成所需角度进行纵向裁剪，得到与第一级梯形硅钢片条相同规格的第七级梯形硅钢片条300(如图5所示)，以第七级梯形硅钢片条300的小头端为起始端，沿着第七级梯形硅钢片条300的长度方向依次横向裁剪，裁剪循序同上述步骤一中的裁剪循序，裁剪过程中在各个片上冲两个定位孔以便下一步工序的定位，得到七级铁心的多片硅钢片；机械手或其他叠片装置将七级铁心的多片硅钢片在六级铁心的基础上按照尺寸由大而小一次单片或多片一组进行叠片，叠片循序同上述步骤一中的叠片循序，制得七级铁心，该七级铁心的柱截面和轭截面为位于第六级梯形b6的上方并与第六级梯形b6相邻的第七级梯形b7，第七级梯形b7的下底边长度小于第六级梯形b6的上底边长度；如此，制得完整的变压器叠铁心。

如图6所示，上述横向裁剪采用正反刀相间的剪切方式，以提高梯形、矩形硅钢片条的利用率；裁剪左、右边柱片11、21的循序为先裁剪五片左边柱片11、后裁剪五片右边柱片21；然后裁剪五片中柱片31；裁剪下、上轭片51、41的循序为先裁剪五片下轭片51、后裁剪五片上轭片41。

实施例2：

如图7和8所示，为本发明的变压器叠铁心及其制备方法的实施例2，本实施例中变压器叠铁心的结构与制备方法与实施例1基本相同，区别在于本实施例中，铁心的柱截面和轭截面为椭圆的内接十六边形。

且如图8所示，本实施例中裁剪左、右边柱片11、21的循序为先裁剪一片左边柱片11、再裁剪一片右边柱片21，再裁剪一片左边柱片11，如此循环，剪完五片左边柱片11及五片右边柱片21；然后裁剪五片中柱片31；裁剪下、上轭片51、41的循序为先裁剪一片下轭片51、再裁剪一片上轭片41、再裁剪一片下轭片51，如此循环，剪完五片下轭片51及五片上轭片41。

实施例3：

如图9所示，为本发明的变压器叠铁心及其制备方法的实施例3，其与实施例1基本相同，区别在于本实施例中铁心的柱截面和轭截面为长圆的内接十六边形。

当然，本发明的变压器叠铁心不限于以上实施例公开的结构，也可以根据设计要求，增加或减少铁心的级数，如可以为三级铁心结构、五级铁心结构、九级铁心结构、十一级铁心结构、十三级铁心结构，等等。