单框铁芯、变压器铁芯及变压器的制作方法

1.本实用新型涉及变压器技术领域，特别是涉及单框铁芯、变压器铁芯及变压器。


背景技术：

2.变压器是输配电的基础设备，广泛应用于工业、农业、交通、城市社区等领域。变压器(transformer)利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是线圈和铁芯(磁芯)，主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压(磁饱和变压器)等。铁芯是变压器中的重要部件，有些铁芯通过先将非晶带材卷绕成铁芯饼，再堆叠多层铁芯饼制成。但是，非晶带材自身的强度较低，卷绕堆叠后制成的铁芯外周强度较低，容易损坏。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对堆叠型非晶合金三相立体铁芯中单框铁芯外周强度较低的问题，提供一种单框铁芯、变压器铁芯及变压器。
4.一种单框铁芯，所述单框铁芯包括内铁芯框和套设于所述内铁芯框外的外铁芯框，所述内铁芯框包括多个沿第一方向相互层叠的铁芯饼，所述外铁芯框通过第二带材同时缠绕于所述内框铁芯中至少部分所述铁芯饼的径向外周面上制成。
5.上述单框铁芯分为内外两部分，这样通过在内铁芯框上缠绕第二带材，可改变单框铁芯外周的内部结构，使单框铁芯的外周侧在厚度方向上(即第二带材的宽度方向上)结构更加连续完整，并非像堆叠型单框铁芯外周侧在厚度方向上因为多个铁芯饼的堆叠会断开，进而提高单框铁芯外周的强度，防止单框铁芯的外周被损坏，提高变压器铁芯的可靠性。
6.在其中一个实施例中，每个所述铁芯饼通过绕与所述第一方向平行的一轴线卷绕的第一带材制成。这样，铁芯饼径向的尺寸与第一带材卷绕的圈数成正比，当需要制作大型变压器时，增大第一带材的卷绕圈数便可制备大尺寸铁芯饼及单框铁芯，制作大型变压器较为方便。
7.在其中一个实施例中，所述内铁芯框具有内周面及套设于所述内周面外的第一外周面，所述第一外周面中的至少部分为平直形外周面，所述外铁芯框中的所述第二带材缠绕于所述平直形外周面上。
8.在其中一个实施例中，所述内铁芯框包括第一子框体，所述第一子框体包括多个径向外周面平齐的所述铁芯饼，以使所述第一子框体的径向外周面成型为所述平直形外周面。
9.在其中一个实施例中，所述内铁芯框还包括第二子框体，所述第一子框体和所述第二子框体沿所述第一方向层叠，且所述第二子框体包括多个径向外周面阶梯状设置的所述铁芯饼，以使所述第二子框体的径向外周面成型为阶梯形外周面；
10.所述外铁芯框包括呈角度设置且均为阶梯状的第一子外周面和第二子外周面，所述阶梯形外周面与所述第一子外周面对接形成配合面，所述内周面与所述第二子外周面对
接形成铁芯柱的半周面。
11.在其中一个实施例中，在所述第一子框体指向所述第二子框体的方向上，所述第二子框体内多个所述铁芯饼的外径逐渐减小；
12.在所述内铁芯框指向所述外铁芯框的方向上，所述第二带材的宽度逐渐减小。
13.在其中一个实施例中，所述单框铁芯还包括封装层，所述封装层涂覆固化于所述内铁芯框及所述外铁芯框上。
14.一种变压器铁芯，所述三相立体铁芯多个上述单框铁芯，多个所述单框铁芯相互拼接，每相邻两个所述单框铁芯拼接处形成铁芯柱。
15.在其中一个实施例中，所述单框铁芯的数量为三个，每个所述单框铁芯具有窗口，三个所述单框铁芯围绕与第一方向垂直的第二方向相互首尾对接，三个所述单框铁芯之间形成与每个所述窗口连通且沿所述第二方向贯通的中空腔。
16.一种变压器，包括器身，所述器身包括线圈及上述变压器铁芯，所述线圈缠绕所述变压器铁芯的所述铁芯柱上。
附图说明
17.图1为本实用新型一实施例中变压器铁芯的结构示意图；
18.图2为图1所示变压器铁芯中单框铁芯的结构示意图；
19.图3为图2所示单框铁芯中内铁芯框的结构示意图；
20.图4为图3所示内铁芯框中铁芯饼的结构示意图。
21.标号说明：200、变压器铁芯；201、中空腔；100、单框铁芯；10、内铁芯框；11、铁芯饼；12、内周面；14、第一外周面；141、平直形外周面；143、阶梯形外周面；13、第一带材；15、第一子框体；17、第二子框体；18、配合面； 19、半周面；20、窗口；30、外铁芯框；31、第二带材；32、第一子外周面；34、第二子外周面；50、铁芯柱。
具体实施方式
22.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
23.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
24.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两
个，三个等，除非另有明确具体的限定。
25.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
26.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
27.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
28.参阅图1-图3，本实用新型一实施例中，提供一种单框铁芯100。单框铁芯 100包括内铁芯框10和套设于内铁芯框10外的外铁芯框30，内铁芯框10包括多个沿第一方向相互层叠的铁芯饼11，外铁芯框30通过第二带材31同时缠绕于内框铁芯10中至少部分铁芯饼11的径向外周面上制成。相当于，将单框铁芯100分为内外两部分，这样通过在内铁芯框10上缠绕第二带材31，可改变单框铁芯100外周的内部结构，使单框铁芯100的外周侧在厚度方向上(即第二带材31的宽度方向上)结构更加连续完整，并非像堆叠型单框铁芯外周侧在厚度方向上因为多个铁芯饼11的堆叠会断开，进而提高单框铁芯100外周侧的强度，防止单框铁芯100的外周侧被损坏，提高变压器铁芯200的可靠性。
29.另外，受限于非晶合金带材的宽度，制作大尺寸非晶合金的变压器铁芯200 较为困难，进而制作大型变压器较为困难。参阅图1及图4，为了解决该问题，本实施例提供的单框铁芯100中，内铁芯框10内的每个铁芯饼11通过绕与第一方向平行的一轴线卷绕的第一带材13制成。这样，铁芯饼11径向的尺寸与第一带材13卷绕的圈数成正比，当需要制作大型变压器时，增大第一带材13的卷绕圈数便可制备大尺寸铁芯饼11及单框铁芯100，制作大型变压器较为简单方便。
30.可选地，第一带材13为非晶合金带材，例如铁基非晶合金带材，具有高饱和磁感应强度，磁导率、激磁电流和铁损等各方面较为优异。另外，第一带材13 的宽度为10mm-150mm，可以根据实际设计铁芯的情况进行选取；第一带材13的厚度为0.01mm-0.03mm，也可以根据实际设计铁芯的情况进行选取。还可选地，第二带材31为硅钢带，或者非晶合金带材。
31.参阅图1-图3，一些实施例中，内铁芯框10具有内周面12及套设于内周面12外的第一外周面14，第一外周面14中的至少部分为平直形外周面141，外铁芯框30套设于平直形外周面141外。其中，平直形外周面141由多个绕第一方向排布，且首尾相交连接的平面围合形成。如此，内铁芯框10的平直形外周面141包括多个平面，在制作外铁芯框30使将第二带材
31沿着平直形外周面141缠绕，第二带材31能够与平直形外周面141紧密贴合，使外铁芯框30与内铁芯框10可靠地组合，防止内铁芯框10与外铁芯框30之间存在缝隙而影响单框铁芯100的整体性能。
32.进一步地，内铁芯框10包括第一子框体15，第一子框体15包括多个径向外周面平齐的铁芯饼11，以使第一子框体15内的径向外周面成型为平直形外周面141，方便缠绕第二带材31。具体地，第二框体中的第二带材31同时缠绕于第一子框体15中全部铁芯饼11的径向外周面上，以通过第一子框体15形成的平直形外周面141与外铁芯框30配合套设。
33.更进一步地，内铁芯框10还包括第二子框体17，第一子框体15和第二子框体17沿第一方向层叠，且第二子框体17包括多个径向外周面阶梯状设置的铁芯饼11，以使第二子框体17的径向外周面成型为阶梯形外周面143。并且，外铁芯框30包括呈角度设置且均为阶梯状的第一子外周面32和第二子外周面 34，阶梯形外周面143与第一子外周面32对接形成配合面18，内周面12与第二子外周面34对接形成铁芯柱50的半周面19。这样，每个单框铁芯100都均具有配合面18及半周面19，装配变压器铁芯200时，使相邻两个单框铁芯100 的配合面18对接，进而会使相邻两个单框铁芯100的两个半周面19相互对接形成整个铁芯柱50的外周面，在相邻两个单框铁芯100的对接处形成铁芯柱50。可选地，铁芯柱50的截面近似椭圆形或圆形，以便于快速地缠绕线圈。
34.具体地，在第一子框体15指向第二子框体17的方向上，第二子框体17内多个铁芯饼11的外径逐渐减小，这样便可在第二子框体17上形成阶梯型的外周面；在内铁芯框10指向外铁芯框30的方向上，第二带材31的宽度逐渐减小，这样通过由内向外宽度逐渐减小的第二带材31卷绕成型外铁芯框30，使外铁芯框30上形成呈角度设置且均为阶梯状的第一子外周面32和第二子外周面34。
35.一些实施例中，单框铁芯100还包括封装层(图未示)，封装层涂覆固化于内铁芯框10及外铁芯框30上。在制作单框铁芯100时，先通过卷绕第一带材 13成型铁芯饼11，然后堆叠多个铁芯饼11形成内铁芯框10，之后在内铁芯框 10的径向外周面上缠绕第二带材31，形成套设于内铁芯框10上的外铁芯框30，最后在内铁芯框10和外铁芯框30裸露在外的全部表面涂覆胶体，加热固化胶体，便可得到封装固化于内铁芯框10及外铁芯框30上的封装层，可以通过封装层使内铁芯框10和外铁芯框30粘接固化为一个整体。可选地，制作封装层的胶体为树脂胶。
36.另外，因为内铁芯框10所需的铁芯饼11为方形环状铁芯饼11，在上述任一实施例中，通过将第一带材13先卷为圆形环状铁芯饼再整形为方形环状铁芯饼的方式制作铁芯饼11。这样，先将带材卷绕为圆形环状铁芯饼11，卷绕过程中带材受力方向均沿圆切线的方向，带材卷绕过程中受力均匀，卷绕出的铁芯饼 11松紧度保持一致，铁芯饼11中的多层带材均匀分布，保证卷绕质量。同时，因为卷绕圆形环状铁芯饼，卷绕过程中可以采用更高的卷绕旋转速度，绕制圆形环状铁芯饼较为方便。在制得卷绕效果较好的圆形环状铁芯饼后，只需再进行一次整形便可使圆形环状铁芯饼形变为方形环状铁芯饼，可以方便高效地得到用于堆叠制备单框铁芯100的多个铁芯饼11。
37.一些实施例中，单框铁芯100中的第一子框体15还包括粘贴层(图未示)，相邻两个铁芯饼11之间通过粘贴层粘接，以使多个铁芯饼11粘贴为一个整体，进而成型为第一子框体15。可选地，铁芯饼11卷绕成型后进行退火，再堆叠粘贴形成第一子框体15，以通过退火
消除铁芯饼11卷绕及整形过程中产生的应力，使铁芯饼11的整体性能更加稳定。
38.参阅图1-图3，基于同样的构思，本实用新型一实施中，还提供一种变压器铁芯200，变压器铁芯200包括多个上述单框铁芯100，多个单框铁芯100相互拼接，且每相邻两个铁芯饼11的拼接处形成有铁芯柱50。这样，通过多个单框铁芯100组合形成具有铁芯柱50的变压器铁芯200。
39.一些实施例中，单框铁芯100的数量为三个，三个单框铁芯100相互首尾对接形成三相立体铁芯。具体地，每个单框铁芯100具有窗口20，三个单框铁芯100围绕与第一方向垂直的第二方向相互首尾对接，三个单框铁芯100之间形成与每个窗口20连通且沿第二方向贯通的中空腔201。这样，可通过相邻两个窗口20及中空腔201向铁芯柱50上缠绕线圈。可以理解地，在其他一些实施例中，变压器铁芯200包括的单框铁芯100的数量也可以为其他值，在此不做限定。
40.具体在三相立体铁芯中，每个单框铁芯100的外周侧包裹缠绕第二带材31，使单框铁芯100的外周侧虽然厚度减小了，但是在厚度方向上为第二带材31的宽度方向，框铁芯100的外周侧在厚度方向上内部结构连续延伸，进而加强厚度方向的强度，防止三相立体铁芯中，单框铁芯100外周侧较薄而损坏。
41.具体地，单框铁芯100包括内铁芯框10和套设于内铁芯框10外的外铁芯框30，内铁芯框10包括多个沿第一方向相互层叠的铁芯饼11，外铁芯框30通过第二带材31同时缠绕于多个铁芯饼11中至少部分铁芯饼11的径向外周面上制成。相当于，将单框铁芯100分为内外两部分，这样通过在内铁芯框10上缠绕第二带材31，可改变单框铁芯100外周的内部结构，使单框铁芯100的外周侧在厚度方向上(即第二带材31的宽度方向上)结构更加连续完整，并非像堆叠式单框铁芯外周侧在厚度方向上因为多个铁芯饼11的堆叠会断开，进而提高单框铁芯100外周的强度，防止单框铁芯100的外周被损坏，提高变压器铁芯 200的可靠性。
42.另外，受限于非晶合金带材的宽度，制作大尺寸非晶合金的变压器铁芯200 较为困难，进而制作大型变压器较为困难。参阅图1及图4，为了解决该问题，本实施例提供的单框铁芯100中，内铁芯框10内的每个铁芯饼11通过绕第一方向卷绕的第一带材13制成。这样，铁芯饼11径向的尺寸与第一带材13卷绕的圈数成正比，当需要制作大型变压器时，增大第一带材13的卷绕圈数便可制备大尺寸铁芯饼11及单框铁芯100，制作大型变压器较为方便。
43.参阅图1-图3，一些实施例中，内铁芯框10具有内周面12及套设于内周面12外的第一外周面14，第一外周面14中的至少部分为平直形外周面141，外铁芯框30套设于平直形外周面141外。其中，平直形外周面141由多个绕第一方向排布且相交连接的平面围合形成。如此，内铁芯框10的平直形外周面141 包括多个平面，在制作外铁芯框30使将第二带材31沿着平直外周面缠绕，第二带材31能够与平直形外周面141紧密贴合，使外铁芯框30与内铁芯框10可靠地组合，防止内铁芯框10与外铁芯框30之间存在缝隙而影响单框铁芯100 的整体性能。
44.一些实施例中，变压器铁芯200还包括减振片，相邻两个单框铁芯100之间设置有减振片，以通过减振片隔开相邻两个单框铁芯100，防止相邻两个单框铁芯100硬接触，降低变压器铁芯100工作时的噪音。并且，通过减振片对相邻两个单框铁芯100进行绝缘。可选地，减振片为减振纸板。
45.一些实施例中，沿与第二方向平行的方向，每个单框铁芯100具有分别位于窗口20相对两侧的两个铁芯轭，每个铁芯轭朝向窗口20的表面为平面，防止铁芯轭向窗口20内部凸出而减小窗口的空间，以增大向铁芯柱50绕线的绕线空间，进而可降低变压器铁芯100的整体高度。或者，每个铁芯轭朝向窗口 11的表面呈阶梯状且向远离窗口20的方向弯曲排布，如此被构造为沿虚拟弧形向远离窗口20弯曲，进而增大窗口20内部空间，增大向铁芯柱50绕线的绕线空间，进而可降低变压器铁芯100的整体高度。
46.基于同样的构思，本实用新型一实施例中，还提供一种变压器。变压器包括器身，器身包括上述变压器铁芯200，变压器铁芯200能够制作为较大尺寸，进而可以较为方便地制作大型变压器。并且，单框铁芯100的外周侧在厚度方向上为第二带材31的宽度方向，单框铁芯100的外周侧在厚度方向上内部结构连续延伸，进而加强外周侧沿厚度方向的强度，防止单框铁芯100外周侧较薄而损坏。器身还包括线圈，线圈缠绕在铁芯柱50上，用于通电后与铁芯内部进行电磁感应，实现变压器的功能。
47.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
48.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。