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。

另外，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，受到外力容易碎。

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；所述单框基体的外表面设有固化结构，所述固化结构为包括固化胶和玻璃纤维织品的复合结构，所述复合结构的层数为1～20层。

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设有固化结构，相当于将单框基体夹持在内支架和固化结构之间，内支撑架的设计使得单框基体在热处理过程中能够减少变形机率，内支撑架与固化结构相结合能够提高单框的结构强度，确保了后续由单框拼合的立体卷铁芯的性能。

另外，固化结构包括固化胶和玻璃纤维织品，该固化结构能够避免单框在受到外力作用后产生的非晶碎片落入变压器线圈中导致短路；同时，固化胶和玻璃纤维织品形成的固化结构能够隔振，一定程度降低立体卷铁芯应用中的噪音。

如上所述的单框，所述单框基体的外表面涂覆有设定厚度的所述固化胶以形成固化胶层，所述玻璃纤维织品固定缠绕于所述固化胶层的外表面。

如上所述的单框，所述单框基体的外表面涂覆有设定厚度的所述固化胶以形成第一固化胶层，所述第一固化胶层的外表面缠绕有所述玻璃纤维织品以形成玻璃纤维织品层，所述玻璃纤维织品层的外表面涂覆有设定厚度的所述固化胶以形成第二固化胶层。

如上所述的单框，所述单框基体的外表面固定缠绕浸渍有所述固化胶的所述玻璃纤维织品。

如上所述的单框，所述单框基体的外表面固定缠绕有所述玻璃纤维织品以形成玻璃纤维织品层，所述玻璃纤维织品层的外表面涂覆有设定厚度的所述固化胶以形成固化胶层。

如上所述的单框，所述固化胶为硅胶或环氧胶或乙酸乙酯或聚氨酯。

如上所述的单框，所述固化胶的粘度＜300pa·s，热膨胀系数＞3ppm/℃，剪切强度＞0.2mpa，拉伸强度为0.3～4.9mpa。

如上所述的单框，所述玻璃纤维织品为环氧玻璃布或环氧玻璃布板或玻璃纤维布或玻璃丝布或玻璃布板。

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。

如上所述的单框，还包括固套于所述固化结构外周的外支撑架。

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。

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；所述单框为杉树任一项所述的单框。

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所示非晶立体卷铁芯的单框的剖面示意图；

图3为图2中a部位的局部放大图；

图4为本发明所提供非晶合金立体卷铁芯的单框的一种截图实施例的正视图。

其中，图1至图4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，固化结构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4，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所示非晶立体卷铁芯的单框的剖面示意图；图3为图2中a部位的局部放大图；图4为本发明所提供非晶合金立体卷铁芯的单框的一种截图实施例的正视图。

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结构，也就是说，每级的非晶合金料带是等宽的，方便开料。

当然，实际设置时，每级的非晶合金料带也可呈梯形结构，这样有助于提高形成的芯柱101的圆度。

该实施例中，还在单框基体1101的外表面设有固化结构，该固化结构为包括固化胶和玻璃纤维织品的复合结构，该复合结构的层数为1～20层，具体可根据实际需要确定复合结构的层数。

实际制作时，在内支撑架1102上卷绕好非晶合金料带形成单框基体1101后，还需要对套设在内支撑架1102上的单框基体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的外表面设置上述固化结构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的外表面设有固化结构，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的外表面设置的固化结构也能够提高的单框110的结构强度，也就是说，内支撑架1102和固化结构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和固化结构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的表面设置固化结构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。

具体的方案中，固化结构1105包括在单框基体1101的外表面涂覆设定厚度的固化胶形成的固化胶层，以及缠绕于固化胶层外表面的玻璃纤维织品。

其中，玻璃纤维织品可以均匀缠绕于固化胶层的外表面形成玻璃纤维织品层，也可以以交叉缠绕的方式覆盖部分固化胶层。

实际设置时，可以在涂覆固化胶后，缠绕玻璃纤维织品，利用固化胶的特性使玻璃纤维织品粘贴，然后可在常温下风干。

具体的方案中，固化结构1105还可以包括在单框基体1101的外表面涂覆设定厚度固化胶而形成的第一固化胶层，在第一固化胶层外表面缠绕玻璃纤维织品而形成的玻璃纤维织品层，以及在玻璃纤维织品层的外表面涂覆设定厚度固化胶而形成的第二固化胶层。

也就是说，固化结构1105设有三层，自单框基体1101的外表面向外分别为固化胶层、玻璃纤维织品层和固化胶层，这样的设置能够确保的单框110的结构强度。

具体的方案中，固化结构1105还可以为在单框基体1101的外表面固定缠绕的浸渍有固化胶的玻璃纤维织品。

实际应用中，可将玻璃纤维织品浸泡在固化胶中设定时间，待玻璃纤维织品完全浸渍有固化胶后，将其固定缠绕在单框基体1101的外表面，然后风干。

具体的方案中，固化结构1105还可以包括在单框基体1101的外表面固定缠绕玻璃纤维织品而形成的玻璃纤维织品层，以及在玻璃纤维织品层的外表面涂覆设定厚度的固化胶而形成的固化胶层。

上述各方案中的固化胶具体可选用硅胶或环氧胶或乙酸乙酯或聚氨酯。

实际中，固化胶可优先选用硅胶。

具体的，选用的固化胶满足下述条件：粘度＜300pa·s，热膨胀系数＞3ppm/℃，剪切强度＞0.2mpa，拉伸强度为0.3～4.9mpa。

采用满足上述条件的固化胶能够尽可能地削减铁芯外部给予的共振，在确保结构强度的同时，能更大程度地降低噪音。

上述各方案中的玻璃纤维织品具体可选用环氧玻璃布或环氧玻璃布板或玻璃纤维布或玻璃丝布或玻璃布板等。

实际中，玻璃纤维织品优先选用玻璃纤维布，当然也可根据固化结构1105的具体结构形式来确定玻璃纤维织品的类型。

其中，玻璃纤维布的规格可以为7667、7638、7637、7630、7628、7627、7615、3313、1506、2313、2165、2117、2116、2113、2112、1086、1081、1080、1078、1067、1065、1652、1504、1052、1035、1037、1027、106、104、101等，具体可根据实际应用需求来选定玻璃纤维布的规格。

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的结构也可为其他形状，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，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。

层间支撑架与内支撑架1102和固化结构1105相结合能够进一步提高单框110的结构强度。

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。