非晶合金立体卷铁芯及其单框的制作方法

本发明涉及电力设备技术领域，特别是涉及一种非晶合金立体卷铁芯及其单框。

背景技术：

电力变压器是国民经济各行业中广泛使用的电气设备。目前配电变压器主要包括硅钢变压器和非晶合金变压器，相较而言，非晶合金变压器的节能效果更显著。

非晶合金变压器是指使用非晶合金铁芯制作的变压器。现有非晶合金铁芯主要有单相单框、三相三框三柱、三相四框五柱和立体卷铁芯等，其中，立体卷铁芯因结构更合理、性能更优良、制造成本更低而成为变压器铁芯的首选。

非晶合金立体卷铁芯包括三个结构相同的单框，三个单框拼合后形成的三个芯柱呈等边三角形立体排布；每个单框由多个不同尺寸的非晶带材卷绕成型后，在卷绕后还需要进行退火处理，以消除内应力，回复磁性，提高铁芯的性能。由于非晶带材的刚度不足，在卷绕时容易变形，卷绕后进行退火处理时，也容易变形，后续三个单框组装时也容易变形，使得形成的非晶合金立体卷铁芯的结构强度不高，且影响铁芯性能。

有鉴于此，如何提高非晶合金立体卷铁芯的结构强度，确保其铁芯性能，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种非晶合金立体卷铁芯的单框，该单框的结构强度高，能够确保由其形成的铁芯的性能。本发明的另一目的是提供一种包括该单框的非晶合金立体卷铁芯。

为解决上述技术问题，本发明提供一种非晶合金立体卷铁芯的单框，包括呈方形结构的单框基体和具有内孔结构的内支撑架；所述单框基体由多级不同宽度的非晶合金料带绕所述内支撑架的外周壁卷绕形成，所述非晶合金料带呈矩形或梯形；还包括设于所述单框基体外表面的固化胶层；形成所述固化胶层的固化胶的粘度＜300pa·s，热膨胀系数＞3ppm/℃，剪切强度为＞0.2mpa。

该非晶合金立体卷铁芯的单框，在单框基体的中心处设有内支撑架，并在单框基体的外表面涂覆有固化胶层，内支撑架的设计能够降低非晶合金料带在卷绕时的变形机率，同时作为支撑，能够提高卷绕成型的单框基体的结构强度，固化胶层的设置也能够提高单框的结构强度，内支撑架和固化胶层相结合提高了单框的结构强度，确保了后续由单框拼合的立体卷铁芯的性能。

另外，非晶合金料带在绕内支撑架卷绕形成单框后，还需要经过热处理，因非晶合金在热处理后由于结构驰豫等原因开始脆化，韧性下降，在受到外力的作用下，容易碎，该单框在单框基体的表面设置固化胶层后，不仅能够确保结构强度，也能够防止非晶碎片落入变压器线圈中导致短路。

如上所述的单框，所述固化胶层为环氧胶或硅胶或聚氨酯或丙烯酸或乙酸乙酯形成的固化胶层。

如上所述的单框，所述单框基体的级数为7～25级。

如上所述的单框，所述内支撑架呈矩形框架结构；

或者，所述内支撑架包括两个平行设置的第一侧架，两个所述第一侧架的两端分别通过两个第二侧架连接，所述第一侧架呈直线形，所述第二侧架呈向外凸出的弧形，所述内支撑架的结构对称；

或者，所述内支撑架包括两个间隔设置的第一侧架，两个所述第一侧架的两端分别通过两第二侧架连接，所述第一侧架和所述第二侧架均呈向外凸出的弧形结构，所述内支撑架的结构对称。如上所述的单框，所述内支撑架为一体成型结构或者分体拼接结构。

如上所述的单框，所述内支撑架为铁、铝、铜和钛中的一者或几者形成的合金制成的内支撑架；

或者，所述内支撑架为陶瓷或者有机硅树脂制成的内支撑架。

如上所述的单框，所述内支撑架的厚度在1～15mm范围内选取，所述内支撑架的屈服强度不低于0.25mpa。

如上所述的单框，还包括固套于所述单框基体外周壁的外支撑架。

如上所述的单框，还包括一个以上的层间支撑架，所述层间支撑架位于所述单框基体的相邻两级非晶合金料带之间。

本发明还提供一种非晶合金立体卷铁芯，包括三个结构相同的的单框，三个所述单框拼合为一体，相邻两个所述单框的竖框部拼合后形成截面呈圆形或者多边形的芯柱，三个芯柱呈等边三角形排布，所述芯柱用于缠绕线圈；其特征在于，所述单框为上述任一项所述的单框。

由于该单框具有上述技术效果，所以包括该单框的非晶合金立体卷铁芯也具有相同的技术效果，此处不再重复论述。

附图说明

图1为本发明所提供非晶合金立体卷铁芯一种具体实施例的结构示意图；

图2为图1所示非晶合金立体卷铁芯的单框的剖面示意图；

图3为本发明所提供非晶合金立体卷铁芯的单框的一种具体实施例的正视图。

其中，图1至图3中部件名称与附图标记之间的一一对应关系如下所示：

非晶合金立体卷铁芯100，芯柱101；

单框110，竖框部111；

单框基体1101，内支撑架1102，固化胶层1105。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

为便于理解和描述简洁，下文结合非晶合金立体卷铁芯及其单框一并说明，有益效果部分不再重复论述。

请参考图1至图3，图1为本发明所提供非晶合金立体卷铁芯一种具体实施例的结构示意图；图2为图1所示非晶合金立体卷铁芯的单框的剖面示意图；图3为本发明所提供非晶合金立体卷铁芯的单框的一种具体实施例的正视图。

该实施例中，非晶合金立体卷铁芯100包括三个结构相同的单框110，三个单框110拼合固定为一体，形成非晶合金立体卷铁芯100的主体结构。

其中，每个单框110呈方形结构，每个单框110包括两个相对的竖框部111，每个竖框部111的外侧面的截面呈半圆形或半多边形，内侧面为平面结构，拼合时，相邻两个单框110的竖框部111的内侧面拼合，因竖框部111的外侧面的截面呈半圆形或半多边形，这样，拼合后，相邻两个单框110的两个竖框部111形成截面呈圆形或多边形的芯柱101，芯柱101用于缠绕线圈。

可以理解，由于三个单框110的结构相同，所以三个单框110拼合后形成的三个芯柱101呈等边三角形立体排布，如图1所示。

该实施例中，单框110包括单框基体1101和具有内孔结构的内支撑架1102，其中，单框基体1101大致呈方形结构，单框基体1101具体由多级不同宽度的非晶合金料带绕支撑架1102的外周壁卷绕形成。

具体地，第一级非晶合金料带绕内支撑架1102逐圈卷绕，并且使料带按照设置的方向前进，以便卷绕后形成的内侧面为倾斜面，待第一级非晶合金料带缠绕到设定厚度，在缠绕好的第一级非晶合金料带卷的外层接着换另一尺寸的第二级非晶合金料带按照同样的方式卷绕，如此，形成单框基体1101，其外侧面的截面呈半圆形，其内侧面为30度倾斜角的平面，这样，三个单框110拼合后，拼合面贴合，且能够形成的芯柱101呈等边三角形排布。

可以理解，单框基体110的级数决定了卷绕形成的单框110的竖框部111的外侧面的截面的具体形状，级数越多，竖框部111的外侧面越接近圆形，但实际设置时，考虑到经济性及绕制可行性等因素，级数不宜过多设置。实际应用中，单框基体1101的级数可优选为7～25级。

具体的方案中，每级的非晶合金料带呈矩形或梯形结构。

单框基体1101和内支撑架1102设置好后，还在单框基体1101的外表面设有固化胶层1105，此处的外表面指的是单框基体1101的所有外表面。

具体地，在内支撑架1102上卷绕好非晶合金料带形成单框基体1101后，将内支撑架1102和单框基体1101进行退火处理，以消除内应力，提高铁芯的性能；退火完成后，再在单框基体1101的整个外表面涂覆固化胶形成固化胶层1105。

如上，该单框110在单框基体1101的中心处设置有内支撑架1102，并在单框基体1101的外表面涂覆有固化胶层1105，内支撑架1102的设计能够降低非晶合金料带在卷绕时的变形机率，同时作为支撑，能够提高卷绕成型的单框基体1101的结构强度，防止退火处理时非晶合金料带变形，后续在单框基体1101上设置的固化胶层1105也能够提高单框110的结构强度，也就是说，内支撑架1102与固化胶层1105相结合提高了单框110的结构强度，确保了后续单框110拼合形成的立体卷铁芯的性能。

由于内支撑架1102和固化胶层1105的设置提高了单框110的结构强度，也能够在一定程度上降低应用中非晶合金立体卷铁芯100因自身应力影响产生的噪音。

另外，非晶合金料带在绕内支撑架1102卷绕形成单框110后，还需要经过热处理，因非晶合金在热处理后由于结构驰豫等原因开始脆化，韧性下降，在受到外力的作用下，容易碎，该单框110在单框基体1101的表面设置固化胶层1105后，不仅能够确保结构强度，也能够防止非晶碎片落入变压器线圈中导致短路。

具体的，形成固化胶层1105的固化胶的粘度＜300pa·s，热膨胀系数＞3ppm/℃，剪切强度大于0.2mpa。如此，可确保得到的单框110具有较好的强度和较好的力学性能。

具体的方案中，固化胶层1105所采用的固化胶为环氧胶或硅胶或聚氨酯或丙烯酸或乙酸乙酯。

具体的方案中，内支撑架1102可以由铁、铝、铜和钛制成，或者由铁、铝、铜和钛中的几者形成的合金材料制成。

内支撑架1102还可以由陶瓷材料制成，或者由有机硅树脂材料制成。

具体的，内支撑架1102的厚度可以根据材质的不同来确定，具体可在1～15mm范围内选取，只要能够确保制成的单框110的结构强度即可。

具体设置时，内支撑架1102的屈服强度不低于0.25mpa设置。

具体的方案中，内支撑架1102的形状可以呈矩形结构设置，如图3所示。

内支撑架1102的形状也可为其他形式，比如内支撑架1102包括两个平行设置的第一侧架，两个第一侧架的两端分别通过两个第二侧架连接，其中，第一侧架呈直线形，第二侧架呈向外凸出的弧形结构，也就是说，内支撑架1102的两相对侧边为向外凸出的弧形结构，以便于提高绕制的单框基体1101的张紧度。

实际设置时，内支撑架1102的四个侧边也可均呈向外凸出的弧形结构设计，或者内支撑架1102只有一个侧边或相邻两侧边呈向外凸出的弧形结构设置。

当然，内支撑架1102的结构优选对称设计。

具体的方案中，内支撑架1102可以为一体成型结构，也可以为几个侧边通过焊接等固接方式拼接形成的拼接结构。

进一步的方案中，在设置内支撑架1102的基础上，单框110还包括固套于单框基体1101外周壁的外支撑架，这样，单框基体1101相当于夹持在内支撑架1102与外支撑架之间，能够进一步提高单框110的结构强度。

更进一步的，单框110还包括一个以上的层间支撑架，层间支撑架设于单框基体1101的相邻两级非晶合金料带之间。

在卷绕形成单框基体1101的过程中，比如需要在第二级非晶合金料带与第三极非晶合金料带之间设置层间支撑架，那么在卷绕完第二级非晶合金料带后，将层间支撑架固套于第二级外周，在层间支撑架的外周壁上继续卷绕第三级非晶合金料带。

层间支撑架的数目根据单框基体1101的级数及各级卷绕的厚度等相关参数来确定。

以上对本发明所提供的非晶合金立体卷铁芯及其单框均进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。