非晶合金立体卷铁心的制作方法

1.本技术涉及非晶合金铁心技术领域，特别是涉及一种非晶合金立体卷铁心。


背景技术：

2.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心制作的变压器。现有非晶合金铁心主要有单相单框、三相三框三柱、三相四框五柱和立体卷铁心等，其中，立体卷铁心因结构更合理、性能更优良、制造成本更低而成为变压器铁心的首选。
3.非晶合金立体卷铁心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，提高铁心的性能。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心的结构强度不高，且影响铁心性能。
4.目前非晶合金立体卷铁心在单个铁心框成型过程中存在以下几点问题：1、内支撑成型后强度不足，导致单个铁心框的窗宽和窗高无法保证；2、内支撑成型后，铁心框矩形的长边侧容易由于强度不足出现内凹的情况，导致铁心芯柱直线度差。


技术实现要素：

5.基于此，有必要提供一种非晶合金立体卷铁心，旨在解决现有技术存在的内支撑强度低易变形、胶层支撑强度低以及噪音大的问题。
6.本技术提供一种非晶合金立体卷铁心，包括三个单框铁心，三个所述单框铁心两两拼合，每相邻两个所述单框铁心的拼合形成芯柱；每个所述单框铁心均包括内支撑、单框基体，所述单框基体由非晶合金带在所述内支撑表面卷绕形成；所述内支撑包括第一支撑框和第二支撑框，所述第一支撑框的周向外壁用于卷绕所述非晶合金带，所述第二支撑框嵌设于所述第一支撑框内，且第二支撑框的断面厚度大于第一支撑框的断面厚度。
7.上述方案中，通过在第一支撑框的内部嵌入第二支撑框，能够对于第一支撑框起到支撑作用，从而支撑单框基体，有利于进一步提高单框铁心的整体结构强度，并且，第二支撑框的断面厚度大于第一支撑框的断面厚度，能够保证机械强度，有利于防止单框铁心整体的长边内凹情况发生，进而保证芯柱的直线度，提高变压器的生产品质。
8.下面对本技术的技术方案作进一步的说明：
9.在任意实施方式中，所述第二支撑框为分体结构。
10.在任意实施方式中，所述单框基体的外部包覆有网状加固件，所述网状加固件包覆所述单框基体。
11.在任意实施方式中，所述网状加固件外部涂设有固化胶层。
12.在任意实施方式中，所述第二支撑框背离所述第一支撑框的表面为弧形面。
13.在任意实施方式中，所述单框基体的外部涂设有双层胶层，所述双层胶层包括内胶层和外胶层，所述外胶层的硬度值大于所述内胶层的硬度值，所述外胶层为复合胶层，所述外胶层包括胶体及添加在所述胶体内部的柔性条。
14.在任意实施方式中，所述单框基体的外部涂设有多层胶层，所述多层胶层按照由靠近所述单框基体至远离所述单框基体的方向包括最内层胶层、外层胶层，所述外层胶层的层数为一层或多层，所述最内层胶层分区涂设在所述单框基体的外部，且各区所述最内层胶层之间存在间隙，所述外层胶层涂布所述单框基体的外部。
15.在任意实施方式中，所述单框基体的外部涂设有多层胶层，所述多层胶层按照由靠近所述单框基体至远离所述单框基体的方向依次包括包覆层、聚脲层和保护层，所述保护层的柔韧度高于所述聚脲层。
16.在任意实施方式中，所述包覆层的硬度小于所述聚脲层的硬度，所述包覆层的韧度大于所述聚脲层的韧度，所述包覆层的数目为1层至10层。
17.在任意实施方式中，三个所述单框铁心之间围合形成中空区域；每个所述单框铁心面向另一所述单框铁心的表面为拼装面，所述拼装面上形成有若干间隙，每一所述间隙连通所述中空区域与外界。
18.上述方案中，通过在第一支撑框的内部嵌入第二支撑框，以提高单框铁心的结构强度，且通过在单框基体的表面涂设胶层，以对单框基体之间的作用力进行缓冲，起到降噪功能，且通过将胶层分为多层，提高胶层的支撑强度，多层胶层还能够根据需求调整硬度值、韧性值以灵活适配降噪需求，且多层胶层涂布在单框基体的方式可以通过间隔分布以适配单框基体自身不同区域的应力释放需求。
附图说明
19.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施方式及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
20.为了更清楚地说明本技术实施方式中的技术方案，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是本技术一实施方式所示的非晶合金立体卷铁心的俯视图；
22.图2是图1中的单框铁心的结构示意图；
23.图3是图2中内支撑的结构示意图；
24.图4是图2中第二支撑框的结构示意图一；
25.图5是图2中第二支撑框的结构示意图二；
26.图6是图2中第二支撑框的结构示意图三；
27.图7是图2中第二支撑框的结构示意图四；
28.图8是图4中的第二支撑框的安装示意图；
29.图9是图8中的第二支撑框的安装完成示意图；
30.图10是图4中第二支撑框的另一安装示意图；
31.图11是图2中第二支撑框的结构示意图五；
32.图12是图11中的第二支撑框的安装示意图；
33.图13是图12中的第二支撑框的安装完成示意图；
34.图14是本技术一实施方式所示的多层胶层的结构示意图；
35.图15是本技术另一实施方式所示的多层胶层的结构示意图；
36.图16是图2的剖面示意图。
37.附图标记说明：
38.100、非晶合金立体卷铁心；110、单框铁心；111、拼装面；112、内支撑；1121、第一支撑框；1122、第二支撑框；113、单框基体；1141、最内层胶层；1142、外层胶层；1143、包覆层；1144、聚脲层；；1145、保护层；120、芯柱；130、胶层；140、间隙。
具体实施方式
39.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术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技术。但是本技术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技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施方式的限制。
40.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术；本技术的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
41.在本技术实施方式的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
42.在本技术的描述中，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技术和简化描述，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技术的限制。
43.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。在本技术的描述中，“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。
44.在本技术中，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技术中的具体含义。
45.在本技术中，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。
46.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。
47.下面结合附图，说明本技术的较佳实施方式。
48.如图1所示，为本技术一实施方式展示的一种非晶合金立体卷铁心100，包括三个单框铁心110。三个单框铁心110两两拼合，每相邻两个单框铁心110拼合形成芯柱120。在如图1所示的实施方式中，三个单框铁心110两两拼接，相邻两个单框铁心110拼合后形成截面呈圆形或者多边形的芯柱120，三个芯柱120呈等边三角形排布，芯柱120用于缠绕线圈。
49.请参阅图2，每个单框铁心110均包括内支撑112、单框基体113，单框基体113由非晶合金带在内支撑112表面卷绕形成。内支撑112用于降低非晶合金料带在卷绕时的变形机率，同时作为支撑以提高卷绕成型的单框基体113的结构强度。在一些实施方式中，单框铁心110还包括外箍，外箍箍设在单框基体113的外部，以对非晶合金带进行束缚和保护，防止非晶合金带散乱。
50.如图3所示，内支撑112包括第一支撑框1121和第二支撑框1122，第一支撑框1121的周向外壁用于卷绕非晶合金带，以形成单框基体113。第二支撑框1122嵌设于第一支撑框1121内，且第二支撑框1122的断面厚度大于第一支撑框1121的断面厚度。
51.可选地，第一支撑框1121的截面厚度为1.5mm-2mm，第二支撑框1122的端面厚度为2mm-50mm。在一个实施例中，第一支撑框1121的断面厚度为2mm。第二支撑框1122的断面厚度为10mm。此时第二支撑框1122的断面厚度大于第一支撑框1121的断面厚度，在成型过程中第二支撑框1122能够对第一支撑框1121起到加强支撑强度的作用，保障单框铁心110的内支撑112整体保持为矩形，并满足窗宽和窗高长度较长时满足设计要求，提高机械强度，有效防止单框铁心110的内支撑112的矩形长边内凹，进而保证铁心柱120的直线度。本实施例仅提供一种第一支撑框1121和第二支撑框1122的断面厚度的具体选择，但并不以此为限。
52.需要说明的是，内支撑112的窗宽和窗高应理解为非晶合金铁心支撑结构成型后为矩形时，窗宽为矩形结构较短的一边，即为短边。窗高为矩形结构较长的一边，即为长边。
53.可选地，第一支撑框1121宽度为20mm-200mm，第二支撑框1122宽度为10mm-200mm。优选地，第二支撑框1122的宽度小于第一支撑框1121的宽度，有利于使得芯柱120的截面更接近圆形，以便于线圈缠绕。
54.第一支撑框1121的材质可以是铁或铁合金、铝或铝合金、钛或钛合金、铜、硅钢等金属材质。
55.第一支撑框1121的初始状态为环形结构，第二支撑框1122的形状为四角为圆弧的矩形。第一支撑框1121通过铁心绕制模具变成矩形结构，以将第二支撑框1122嵌入第一支撑框1121，可选地，第一支撑框1121的周长较铁心绕制模具周长大0.01mm-100mm，以利于安装与脱模。
56.在生产过程中，首先将非晶合金带卷绕在第一支撑框1121上，绕制完成后，将第二支撑框1122嵌设于第一支撑框1121内，并将第一支撑框1121、第二支撑框1122连同非晶合
金带放置在成型设备上进行“圆成方”预成型，成型设备对第二支撑框1122和第二支撑框1122进行扩张至制定形状。
57.上述方案中，通过在第一支撑框1121的内部嵌入第二支撑框1122，能够对于第一支撑框1121起到支撑作用，从而支撑单框基体113，有利于进一步提高单框铁心110的整体结构强度，并且，第二支撑框1122的断面厚度大于第一支撑框1121的断面厚度，能够保证机械强度，有利于防止单框铁心110整体的长边内凹情况发生，进而保证芯柱120的直线度，提高变压器的生产品质。
58.请参阅图4至图13，根据本技术的一些实施方式，可选地，第二支撑框1122为分体结构，其可以是两段及两段以上的多段分体式结构，多段分体结构组合后外形尺寸与所需成型的第二支撑框1122尺寸一致。当第二支撑框1122采用两段式分体结构时，其可以参照图4至图7所示的分段方式进行分段。当第二支撑框1122采用四段式分体结构时，可以参阅图11所示的分段方式进行分段。以上附图仅作为其中一种实施方式，并不限定于此。
59.各段分体式结构可以采用钢板切割后拼接焊或折弯成型以形成单段分体结构，也可以使用铁或铁合金、铝或铝合金、铜或铜合金、高硬度的聚酯材料或其他满足强度要求的材质。
60.各段分体式结构连接时可以采用焊接、铆接或榫接式结构。焊接式分体结构的连接端面加工成平面。铆接或榫接式分体结构可以在分体结构的连接端面加工成“凹”“凸”配合的方式，或分体结构的连接端面加工成利于铆接或榫接的异形结构。
61.如图8至图13所示，以两段式第二支撑框1122和四段式第二支撑框1122为例，在使用分体结构的第二支撑框1122时，可以采用先将各段分体式结构按照顺序搭接，再将搭接完成的多段分体式结构放置在第一支撑框1121和设备模具之间，在进行“圆成方”操作时，随着模具逐渐撑开，各段内支撑112逐渐由搭接变为对接，此时停止设备，调整内支撑112对接位置使其对正，后通过焊接、铆接、榫接或利用第一支撑框1121向内的应力使得各段分体式结构抵接，以完成第二支撑框1122的安装。
62.根据本技术的一些实施方式，可选地，单框基体113的外部包覆有网状加固件(图中未标注)，网状加固件包覆单框基体113，以对单框基体113起到对非晶合金带进行束缚和保护，提高单框铁心110的机械强度。
63.优选地，网状加固件可以采用柔性网状物浸胶或刷胶制成，其中柔性网状物可以采用网状纤维带或布带等。以柔性网状物采用布带为例，其可以是先将布带浸胶后再裹覆在单框基体113，也可以是先将布带裹覆在单框基体113再在布带的表面刷胶，使得胶浸入布带中。
64.根据本技术的一些实施方式，可选地，网状加固件外部涂设有固化胶层，用于固化网状加固件的形状，进而固化单框基体113，同时外部固化胶层能够对网状加固件和单框基体113起到保护作用。
65.优选地，固化胶层所采用胶的硬度可以根据单框基体113各部件的受外力强度或内应力大小选择，其可以采用硬度较低的胶和硬度较高的胶交替设置的方式。例如在单框基体113的底面设置硬度较高的胶，以在单框铁心110竖立设置而受力较大时保护单框基体113。
66.根据本技术的一些实施方式，可选地，第二支撑框1122背离第一支撑框1121的表
面为弧形面，有利于使得芯柱120的截面更接近圆形，以便于线圈缠绕。优选地，第二支撑框1122的截面为椭圆形或半椭圆形。
67.根据本技术的一些实施方式，可选地，单框基体113的外部涂设有双层胶层，双层胶层按照由靠近单框基体113至远离单框基体113包括内胶层和外胶层，内胶层和外胶层均为涂刷形成，先在单框基体113的表面涂刷内胶层，待内胶层固化够再涂刷外胶层。外胶层的硬度值大于内胶层的硬度值，内胶层覆盖单框基体113表面，起到固封和粘合单框基体113的作用，避免单框基体113有非晶合金碎片飘出，同时还具有缓冲和降噪作用。外胶层覆盖于内胶层的表面，以形成硬性壳体，对单框铁心110起到支撑作用和保护作用。
68.其中，内胶层可以选用硅酮玻璃胶，环氧胶等。外胶层为复合胶层，外胶层包括胶体及添加在胶体内部的柔性条。胶体可以采用环氧胶，聚脲胶等，胶体内部填充柔性条。通过添加的柔性条增大外胶层的柔性，防止硬层开裂。
69.请参阅图14，根据本技术的一些实施方式，可选地，单框基体113的外部涂设有多层胶层，多层胶层按照由靠近单框基体113至远离单框基体113包括最内层胶层1141、外层胶层1142。最内层胶层1141能够对单框基体113进行固定并且减少单框基体113的工作噪声。外层胶层1142的层数为一层或多层。在如图14所示的实施方式中，外层胶层1142设置为3层，在其他实施方式中外层胶层1142可以设置为1至10层。
70.如图14所示，最内层胶层1141分区涂设在单框基体113的外部，且各区最内层胶层1141之间存在间隙，降低最内层胶层1141对单框基体113的应力，释放胶层应力，降低单框铁心110的空载损耗，提高降噪效果。外层胶层1142涂布单框基体113的外部，以利用外层胶层1142对单框铁心110起到保护作用，提高强度，解决了非晶合金的单框铁心110退火后由于带材脆性变大导致的非晶合金碎片从单框铁心110散落的问题，进而提高了使用单框铁心110制作的非晶合金立体卷铁心100变压器的质量。各涂层的材质可以是硅硼胶、硅胶、聚脲材质等柔性材料，硬度在shorea20～d90。
71.请参阅图15，根据本技术的一些实施方式，可选地，单框基体113的外部涂设有多层胶层，多层胶层按照由靠近单框基体113至远离单框基体113包括包覆层1143、聚脲层1144和保护层1145，保护层1145的柔韧度高于聚脲层1144。聚脲层1144采用聚脲材料，聚脲材料的特点是硬度高、柔韧度低，其能够对单框基体113的表面形成硬质壳体以对单框基体113起到保护作用，但也使得聚脲层1144在单框铁心110去应力过程中受到磨损而影响胶层的完成性，进而影响单框铁心110的噪声和对非晶合金碎片的控制。作为部分可以实施的示例，保护层1145可以为硅硼胶涂层或者硅胶涂层。在聚脲层1144外增加硬度低，柔韧度高的保护层1145，使单框铁心110的表面的多层胶层机械强度增加，大大降低了单框铁心110去应力过程中聚脲层1144破损的风险，进而提高了使用单框铁心110制作的非晶合金立体卷铁心100变压器的质量。
72.根据本技术的一些实施方式，可选地，包覆层1143的硬度小于聚脲层1144的硬度，包覆层1143的韧度大于聚脲层1144的韧度，包覆层1143通过固化包覆单框基体113，一方面可以将单框基体113固定，防止单框基体113产生非晶碎片，另一方面还能够利用包覆层1143的柔性对单框铁心110工作时的噪音吸收。通过对包覆层1143的硬度和韧度进行控制，可以综合均衡对单框铁心110的降噪效果、防碎片效果和成本。作为部分具体的实施例，包覆层1143可以为硅硼胶涂层或者硅胶涂层等。
73.优选地，包覆层1143的数目为1层至10层。在如图15所示的实施例中，包覆层1143的数目为两层。通过将包覆层1143设置为多层，能够精细地调整每一层包覆层1143的性能，可以实现从单框铁心110的表面位置开始就降低噪音的效果，并且还可以使得包覆层1143整体具有更佳性能，进而使单框铁心110乃至非晶合金立体卷铁心100的整体性能更优。
74.如图1所示，三个单框铁心110之间围合形成中空区域，每个单框铁心110面向另一单框铁心110的表面为拼装面111，如图2所示，拼装面上形成有若干间隙140，间隙140连通中空区域与外界。间隙140连通单框基体113内外两侧的空间，在非晶合金立体卷铁心100使用之前需要对非晶合金立体卷铁心100的中空区域进行抽真空，非晶合金立体卷铁心100中空区域抽真空后内外气压差异大，非晶合金立体卷铁心100运行噪声大。通过设置间隙140贯穿单框基体113内外两侧的空间，即非晶合金立体卷铁心100的内外空间，一方面使得内外气压平衡，从而实现降低单框铁心110运行噪声的作用，另一方面在变压器装配注油后，在间隙140内充油，运行中间隙140可起到降低单框铁心110空载电流的作用。
75.请参阅图2和图16，根据本技术的一些实施方式，可选地，每个单框铁心110与另一单框铁心110连接的表面为拼装面111，相邻单框铁心110的拼装面111设有胶层130(图1中未示出，请参阅图2)。胶层130分区涂设，各区胶层130之间存在间隙形成间隙140。如图2所示，在本实施方式中，间隙140横向贯穿胶层130，在其他实施方式中，间隙140也可以倾斜贯穿胶层130。在本实施方式中，间隙140的数量为两个，两个间隙140分别横向贯穿胶层130，将胶层130分为三个胶区。在其他实施方式中，间隙140的数量也可以为一个或两个以上的多个。
76.最后应说明的是：以上各实施方式仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施方式对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施方式技术方案的范围，其均应涵盖在本技术的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施方式中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本技术并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。