小型單相節(jié)能變壓器的制造方法
【專利摘要】本實用新型文件披露了可控間隙磁路和自封閉型變壓器新結(jié)構(gòu)，采用鐵心和磁軛分別制造，磁軛做成封閉環(huán)形，將初、次級繞組在鐵心上制造完工后，對鐵心和磁軛的結(jié)合面作精加工，然后用熱套方法形成完整無縫磁路，因此可以將接縫磁阻降到最低，降低變壓器勵磁電流和噪聲，變壓器效率提高；簡化疊片和安裝工序；自封閉后無需緊固，節(jié)約材料和安裝成本；還可以制成矩形截面磁軛和圓形截面鐵芯相結(jié)合的變壓器，進一步降低負載損耗，提高節(jié)能效果，本技術(shù)適合小功率的單相變壓器，適用低頻高頻，是變壓器結(jié)構(gòu)和制造工藝的重大創(chuàng)新。
【專利說明】
小型單相節(jié)能變壓器發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于電【技術(shù)領(lǐng)域】中的變壓器領(lǐng)域，涉及變壓器包括制造工藝在內(nèi)的鐵心結(jié)構(gòu)的改進，具體地說是一種新磁路結(jié)構(gòu)和制造工藝的小型單相節(jié)能變壓器裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]變壓器的基本原理是繞組(電路)和磁路的交鏈，要將繞組放進磁路，磁路就必須分段制作完成后嵌入繞組，磁路上必然留下接縫間隙。在變壓器制造領(lǐng)域，磁體材料的分害I]、沖裁、疊裝直至磁路的封閉，操作程序多且復雜，遠比繞組制作化時費工，而磁路的間隙還很難完全控制，接縫間隙處是產(chǎn)生磁阻的重要原因，大的間隙既會增加勵磁電流，增加空載損耗，降低變壓器效率，間隙也是產(chǎn)生電磁脈動和噪聲的重要來源。同時，小型單相變壓器常采用EI沖片或斜E沖片，中間芯柱為矩形，矩形繞組繞制不方便，也不如圓形繞組的線阻低，從而會增加變壓器的負載損耗，總之現(xiàn)有小型單相變壓器制作麻煩，但空載損耗和負載損耗都很高，不符合當今節(jié)能的目標要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型采用了與現(xiàn)有傳統(tǒng)變壓器完全不同的結(jié)構(gòu)和工藝路線，那就是采用具備有效控制的磁路間隙和自封閉型的新工藝結(jié)構(gòu)。
[0004]本實用新型的低損耗節(jié)能型變壓器，主要結(jié)構(gòu)由繞組、鐵心和磁軛三大部分組成，其特征為，鐵心(I)和磁軛(3)為由薄硅鋼片疊合的獨立分體部件，不同于鐵心和磁軛一體的現(xiàn)有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)；磁軛(3)為整體的矩形環(huán)體，磁軛本身沒有接縫；鐵心(I)和磁軛(3)間磁路結(jié)合接縫間隙可有效控制，不受安裝工藝影響；變壓器具有自封閉緊固性能，無需其他輔助夾具或夾緊結(jié)構(gòu)。
[0005]本實用新型的技術(shù)效果是明顯的，首先，可控磁路間隙和自封閉型的新結(jié)構(gòu)變壓器簡化了原有工藝操作難度，節(jié)省工藝成本。其次，可以有效減小變壓器磁路接縫間隙，減少磁阻，意味著變壓器有較小的空載勵磁電流，減小了變壓器的空載損耗。其三，接縫間隙處產(chǎn)生的磁致伸縮和磁場擾動會產(chǎn)生噪音，可控磁路間隙就可以有效降低變壓器接縫處的噪聲，變壓器工作安靜，不會擾人；最后，自封閉型的緊密結(jié)構(gòu)可以省略緊固件，降低變壓器的輔助材料成本和安裝成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1、本實用新型的小型節(jié)能變壓器的分解結(jié)構(gòu)示意圖。
[0007]圖2、小型節(jié)能變壓器磁軛沖片圖。
[0008]圖3、三角形結(jié)合面鐵心和矩形截面磁軛沖片圖。
[0009]圖4、圓形截面鐵心和矩形截面磁軛的分解結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖5、裝配結(jié)束后的圓形截面鐵心和矩形截面磁軛小型節(jié)能變壓器實體圖。
[0011]圖6、一種準圓形截面鐵心示意圖。

【具體實施方式】
[0012]本實用新型結(jié)構(gòu)變壓器的主要結(jié)構(gòu)分成三大部分一鐵心、磁軛和繞組。鐵心(I)為安裝繞組的部件，也是繞組中電流產(chǎn)生磁力線流的源頭；繞組(2)為電磁耦合的重要環(huán)節(jié)一電鏈，繞組能夠在鐵心中產(chǎn)生磁力線，也能通過磁力線的變化產(chǎn)生感應(yīng)電壓，繞組通常有初級和次級之分，初級輸入功率而次級輸出功率；磁軛(3)是總體磁路的一部分，是供鐵心中的磁力線流通的、完成磁鏈的通道。由于鐵心中的磁力線可以通過磁軛的兩邊傳導，所以鐵心的截面積是每邊磁軛截面積的兩倍。鐵心和磁軛組成磁路，也就是說構(gòu)成了電磁耦合的磁鏈通路。
[0013]圖1為本實用新型的小型節(jié)能單相變壓器的分解結(jié)構(gòu)示意圖。其中，鐵心(I)為硅鋼片矩形沖片，將沖片疊合成為一個矩形體，并粘合固形，在鐵心上繞制繞組(2)，或者將繞組在線圈架上繞好后套入鐵心。磁軛(3)為矩形環(huán)的硅鋼片沖片，沖片疊合成為一個矩形環(huán)體，并粘合固形；最后將鐵心連同繞組一起裝入磁軛完成閉合磁路。按本實用新型的結(jié)構(gòu)，在沖片設(shè)計中，使鐵心上A、B 二平行面的距離略小于磁軛中A、B 二平行面的距離，就很容易將已經(jīng)安放有繞組的鐵心安裝在磁軛的中間。在安裝過程中，事先在鐵心和磁軛的A、B 二對應(yīng)平面涂復固化膠，以增加封固后接觸面的強度，也可以不用固化膠，整體制成后而直接以環(huán)氧樹脂絕緣漆浸潰封固。從該結(jié)構(gòu)設(shè)計中可以看出，本實用新型單相變壓器的磁路間隙是可控的，間隙控制在設(shè)計中，間隙控制在模具中，不像現(xiàn)有傳統(tǒng)變壓器那樣，磁路間隙會受安裝工藝影響，受插片緊密度的制約。
[0014]如果要制作最小磁路間隙的產(chǎn)品，即零間隙磁路變壓器，可以事先設(shè)計制作出A、B 二平行面的距離略長的鐵心。在鐵心和磁軛分別制作完成固化后，在鐵心和磁軛的結(jié)合處(圖中所標的A和B位置)，分別對鐵心和磁軛結(jié)合處作精加工，并使鐵心上A、B 二平行面的距離等于或略大于磁軛中A、B 二平行面間的距離。很明顯，這樣一種鐵心與磁軛的結(jié)合面屬于過盈配合，過盈配合是無法直接將這樣的鐵心裝入磁軛，必須采用熱套工藝。具體熱套工藝就是將鐵心維持常溫而將磁軛加熱，由于加熱的磁軛體積膨脹，使AB間的距離增大超過冷態(tài)鐵心配合面AB間的距離，因此就很容易按AB配合面的設(shè)計公差將鐵心放進磁軛。鐵心放進去后，一旦鐵心和磁軛的溫度趨于一致，二者的結(jié)合處將達到密切結(jié)合，消除間隙，并形成零間隙的磁路結(jié)構(gòu)。按照熱脹冷縮的原理，或者也可將鐵心冷凍而磁軛保持常溫，當然在將鐵心冷凍的同時加熱磁軛的辦法就更容易實現(xiàn)零間隙安裝。安裝結(jié)束后直接以環(huán)氧樹脂絕緣漆浸潰封固。
[0015]所制成的變壓器可以通過線圈架上的引線頭焊接在印刷線路板上，所以本實用新型的變壓器具有自封閉結(jié)構(gòu)的性能，不會松脫，無需額外支架夾緊。
[0016]從上面的敘述說明中，可以看出本實用新型單相變壓器的結(jié)構(gòu)特征:
[0017]1、鐵心(I)和磁軛(3)為由薄娃鋼片疊合的獨立分體部件,不同于鐵心和磁軛一體的現(xiàn)有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)；
[0018]2、磁軛(3)為整體的矩形環(huán)體，磁軛本身沒有接縫；
[0019]3、鐵心(I)和磁軛(3)間磁路結(jié)合接縫間隙可有效控制，不受安裝工藝影響；
[0020]4、鐵心(I)和磁軛(3)磁路結(jié)合面接縫可以實現(xiàn)零間隙磁路的結(jié)構(gòu)；
[0021]5、變壓器具有自封閉緊固性能，無需其他輔助夾具或夾緊結(jié)構(gòu)。
[0022]本實用新型的技術(shù)效果是明顯的，首先，可控磁路間隙和自封閉型的新結(jié)構(gòu)變壓器簡化了原有工藝操作流程，節(jié)省工藝成本。其次，可以有效減小變壓器磁路接縫間隙，減少磁阻，意味著變壓器有較小的空載勵磁電流，減小了變壓器的空載損耗。其三，接縫間隙處產(chǎn)生的磁致伸縮和磁場擾動會產(chǎn)生噪音，可控磁路間隙就可以有效控制間隙，甚至達到零間隙，有效降低變壓器接縫處的噪聲，變壓器工作安靜，不會擾人。最后，自封閉型的緊密結(jié)構(gòu)可以省略緊固件，降低變壓器的輔助材料成本和安裝成本。
[0023]圖2為小型節(jié)能變壓器磁軛沖片圖。本實用新型結(jié)構(gòu)的磁軛沖片為一矩形框，矩形框為無縫連續(xù)結(jié)構(gòu)，因此框內(nèi)的硅鋼片將無法有效利用，所以必須將大小不同規(guī)格的沖片進行套裁，即把環(huán)內(nèi)沖剪下來的硅鋼片用作小一號規(guī)格磁軛的沖片，直至最后剩下的一片作為某一規(guī)格變壓器的鐵心片。例如，圖中最大號沖片為C沖片,接著為在其內(nèi)的D沖片、E沖片和F沖片。最后剩下的G沖片，剛好成為F沖片磁軛的配套鐵心沖片，所以這張硅鋼片沒有一丁點的浪費，實現(xiàn)全部套裁利用，無邊角料浪費。這樣，只要在另外的硅鋼片上沖裁出C沖片、D沖片、E沖片磁軛所配套的鐵心沖片，整副磁軛鐵心沖片就完成了，由于鐵心沖片也是簡單的矩形沖片，硅鋼片利用率高，邊料和浪費極少。此外，這樣簡單形狀的模具成本也比較低。
[0024]為了進一步減少磁軛和鐵心間的磁阻，可以將二者的接觸面積擴大而采用三角形沖片或圓弧形沖片。圖3為三角形結(jié)合面鐵心和矩形磁軛沖片圖。為便于觀察分析，圖中故意將間隙放大，其實，間隙應(yīng)該是非常小的。但是用三角形沖片或圓弧形沖片以增加磁路接觸面積減少磁軛和鐵心間的磁阻的結(jié)構(gòu)方案，硅鋼片利用率將降低，邊料多、材料浪費增力口。當然采用零間隙結(jié)構(gòu)磁路，曲面加工的成本會更高、難度也會更大。
[0025]鐵心和磁軛可以選用鐵硅系合金(硅鋼片)沖制和疊裝，此外還有多種軟磁材料可用在各種不同頻率的變壓器中，例如，鐵鋁系合金、鐵硅鋁系合金、鎳鐵系合金、鐵鈷系合金、羰基鐵、軟磁鐵氧體、非晶態(tài)軟磁合金、超微晶軟磁合金、鐵基非晶合金、非晶納米晶合金軟磁復合材料等等。
[0026]普通EI沖片或斜E沖片的單相小型變壓器，由于磁力線有至少一段折彎轉(zhuǎn)向，所以不能采用單相磁導率很高的取向性硅鋼片。但在本實用新型中，雖然磁軛仍不能采用單向磁導率很高的取向性硅鋼片，但鐵心是可以采用取向性硅鋼片的，高導磁方向應(yīng)與鐵心矩形的長邊相平行。因此本實用新型變壓器的鐵心沖片采用取向性硅鋼片，磁軛采用非取向性硅鋼片，這在傳統(tǒng)單相小型變壓器中是做不到的，這樣的設(shè)計又可以降低勵磁電流，節(jié)能效果更優(yōu)異。
[0027]以上分析的主要是減少變壓器磁路損耗實現(xiàn)高效節(jié)能的具體結(jié)構(gòu)改進。下面將作減少變壓器負載損耗實現(xiàn)高效節(jié)能的結(jié)構(gòu)改進。
[0028]變壓器的損耗主要有兩大類，稱為空載損耗和負載損耗。空載損耗不隨負載電流的變化而改變，它主要由變壓器磁路磁阻決定，由變壓器的勵磁電流的大小來衡量，也統(tǒng)稱為鐵損，以上各種技術(shù)方案都是針對降低空載損耗的節(jié)能方案。
[0029]負載損耗的大小與變壓器的負載電流或稱輸出電流成正相關(guān)，主要由繞組中的電阻所產(chǎn)生，所以也稱銅損。銅損P可表達為:
[0030]P = RiI2 (式 I)
[0031]Ri為繞組的電阻，
[0032]I為流過繞組的電流。
[0033]傳統(tǒng)的小型單相變壓器都由同樣幾何尺寸的沖片疊合而成，所以鐵心只能是矩形，要制作圓形鐵心，必須要幾十副不同心部寬度的模具沖片，這是不現(xiàn)實的。而在本實用新型中。由于鐵心與磁軛分離，所以鐵心就可以采用圓形截面，只要沖裁出長度一致而寬度不同的一組矩形片就可以形成圓形截面了。
[0034]從幾何原理可以知道，同樣大小的截面積，圓形的周長最短，所以在圓形鐵心外纏繞的繞組，絕緣電磁線的長度最短，這就意味著，本實用新型中的一個重要特征是磁軛是矩形體而鐵心是圓形體，它需要的電磁線的長度短，繞組電阻小，因而具有最小的用銅量和更小的負載損耗。
[0035]圖4為圓形截面鐵心和矩形截面磁軛的分解結(jié)構(gòu)示意圖。從圖上可以看出，磁軛與圖1磁軛相同，都為矩形截面，但鐵心各異，前者鐵心為矩形而后者為圓形。
[0036]圖5為裝配結(jié)束后的圓形截面鐵心和矩形截面磁軛小型節(jié)能變壓器實體圖。
[0037]圓形截面鐵心的沖片為一組長度相同而寬度不等的沖片，除其中的一片可以從磁軛沖片套裁外，其它各種沖片須在另外的硅鋼片中沖制，由于寬度不一致，套裁更方便，所以硅鋼片利用率更高，邊料和浪費也極少。
[0038]雖然圓形截面鐵心的鐵心成本比較高，但是圓形截面鐵心有兩個很大的優(yōu)點，那就是繞組用銅量減少和變壓器負載損耗的降低，一般說來，圓形繞組繞制還略比矩形繞組方便。
[0039]這一特點帶來二個技術(shù)優(yōu)勢，那就是更節(jié)能和更節(jié)材，雖然圓形鐵心的制造成本略高于矩形鐵心，但有了這二點，繞組成本的降低可以補償鐵心成本的增加，而節(jié)能的優(yōu)勢就更關(guān)出了。
[0040]為了加工的方便，本實用新型中的圓形鐵心也可以以帶二個等長平行弦的準圓形鐵心代替。
[0041]圖5為本實用新型的帶二個等長平行弦的準圓形鐵心。所謂帶二個等長平行弦的準圓形鐵心，就是將圓形兩邊寬度較小的沖片去掉，因為這樣的沖片對截面積的貢獻很小，保留的意義不大，繞組仍接近圓形，省略后還能降低沖片的種類和成本。
【權(quán)利要求】
1.一種由繞組、鐵心和磁軛三大部分組成的小型單相節(jié)能變壓器，其特征為，鐵心(I)和磁軛(3)為由薄硅鋼片疊合的獨立分體部件，不同于鐵心和磁軛一體的現(xiàn)有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)；磁軛(3)為整體的矩形環(huán)體，磁軛本身沒有接縫；鐵心(I)和磁軛(3)間磁路結(jié)合接縫間隙可有效控制，不受安裝工藝影響；變壓器具有自封閉緊固性能，無需其他輔助夾具或夾緊結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能變壓器，其特征為，鐵心(I)和磁軛(3)磁路結(jié)合面接縫是零間隙結(jié)構(gòu)磁路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能變壓器，其特征為，鐵心的截面和磁軛的截面均為矩形；二者的接合面則采用平面接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能變壓器，其特征為，鐵心和磁軛的接合面為三角形或圓弧形。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或權(quán)利要求4所述的節(jié)能變壓器，其特征為，鐵心的和磁軛沖片全部為套裁利用，無邊角料浪費。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能變壓器，其特征為，鐵心和磁軛可以選用鐵硅系合金(硅鋼片)，鐵招系合金、鐵娃招系合金、鎮(zhèn)鐵系合金、鐵鉆系合金、擬基鐵、軟磁鐵氧體、非晶態(tài)軟磁合金、超微晶軟磁合金、鐵基非晶合金或非晶納米晶合金軟磁復合材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求6所述的節(jié)能變壓器，其特征為，鐵心采用取向性硅鋼片，磁軛采用非取向性硅鋼片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能變壓器，其特征為，鐵心為圓形截面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的節(jié)能變壓器，其特征為，鐵心為帶二個等長平行弦的準圓形截面。
【文檔編號】H01F27/26GK204045358SQ201420502605
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月2日
【發(fā)明者】於岳亮 申請人:上海穩(wěn)得新能源科技有限公司