[发明专利]一种四维成型模具及采用该模具制造变压器铁芯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造变压器铁芯的四维成型模具设备及采用该四维成型模具将铁芯片料制造成铁芯的方法，属于电力变压器的铁芯制造技术领域。

背景技术

众所周知，铁芯是构成电力变压器磁路不可缺少的核心部件，它由铁芯柱和铁轭两部分组成，铁芯柱上套装有绕组，而铁轭使整个磁路形成闭合回路。现有卷绕式铁芯(简称卷铁芯)由一硅钢带连续卷绕制成，三维立体卷铁芯由三个卷铁芯元件合成，这种铁芯的具有相同的平行中心线的三个铁芯柱呈三角形布置，每个芯柱由两个相邻卷铁芯元件两两扣合而成，构成由三个框架组合成的三相变压器的三柱立体结构，在垂直于中心线的横截面上三个铁心柱的中心的连线为等边三角形，三相绕组套装在三个铁心柱上，成正三角形布置。由于三个铁芯柱体的磁路对称分布，使得空载电流也是对称分布，卷铁芯特别是立体卷铁芯比传统的叠层式铁芯具有显著的优点，整体体积更小、铁芯损失减小，因此具有更多的优势。目前立体卷铁芯元件的制作采用了卷绕成形法，即将一张裁剪好的铁芯片料(也叫导磁材料、带材、铁芯胚材)通过卷绕设备卷制成卷铁芯元件。下面结合四个现有技术专利举例说明卷绕成形法及用该方法制造卷铁芯存在的问题。

专利号为01215038.X的实用新型公开了一种D型卷绕式三维立体变压器，它的卷铁芯元件为采用卷绕成形法制成的由4个直部组成的矩形铁芯，由于这种铁芯结构的导磁材料在两个直部之间不可避免地形成了集中的剧烈的弯曲变形，所以应力集中在四个角的弧部，应力不均匀导致铁芯稳定性较差，且没有设置开/闭轭结构，然而无开/闭轭结构的卷铁芯元件对于后续的套装绕组工艺和更换绕组操作增添了极大的困难。专利号为97221225.6的实用新型公开了一种变压器铁芯卷绕装置，从它可进一步了解卷绕成形法各工序所动用的专用设备多，工艺操作复杂，生产效率低，制造成本昂贵，需要较大的卷绕拉力，由于多层并联的导磁材料存在的弹力给铁芯定形造成困难，较大的卷绕拉力仍不能有效压紧铁芯，并且还会使导磁材料的内部晶格发生改变需增加后续回火处理工艺予以恢复。专利号为02130844.6的发明专利公开了一种空间三角对称R型电力变压器铁心卷绕成形控制方法，它是卷绕成形法的辅助方法，该方法采用复杂的运动控制装置，以对带材在卷绕工艺中的运动进行实时检测和纠偏，使带材从准确的位置送入卷绕设备，运动控制装置还可控制步进电机的速度，以实现对带材的送进速度的实时纠偏，显然，该减小铁芯横截面和实体的成形误差的控制装置非常复杂。由于卷绕成形法卷制的卷铁芯元件不宜设置开/闭轭结构的自身闭合铁芯，所以无法在芯柱上套装已绕制成的绕组部件，为解决这一问题，01248127.0号实用新型专利提供了一种卷铁心绕线机，通过这种卷铁心绕线机，可以在自身闭合铁芯上直接绕制线绕组，但绕制箔绕组还需专门的设备。由此可见，现有技术的铁芯卷绕成形法很难制作套装箔绕组的卷铁芯，存在作业性恶化的诸多问题，这些不利影响使其发展与应用受到严重制约。

发明内容

本发明的目的是提供一种克服了上述作业性恶化的诸多问题的用于制造新式变压器立体卷铁芯的四维成型模具，构成这种变压器铁芯的三个卷铁芯元件中的每个卷铁芯元件由多层开口对接式导磁片料叠卷而成。采用本发明的四维成型模具制造的卷铁芯元件具有双弧形跑道外形，应力均匀，稳定性很好。

本发明的另一个目的是提供一种用四维成形模具制造所述卷铁芯元件的方法，通过将铁芯截面(二维)和外形(二维)同时定形，并利用开口对接式铁芯片料的弹力帮助压紧自身，解决了现有卷绕法需要较大的卷绕拉力而导致的诸多问题，且可利用短料，可减小磁阻，制造成本低。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的几种技术方案。

一种四维成型模具，用于将铁芯片料制成卷铁芯元件，该四维成型模具2包括基座20和多个固定件21，所述基座20上设有成型槽201和用于容纳预埋固定件21的预埋槽202，所述的各固定件21分布在成型槽201上，用于将铁芯片料1固定、并预定形为卷铁芯预形12。所述的成型槽201具有封闭的环形框架形状结构2013，用于约束卷铁芯元件10的外形成型；所述的成型槽201的横向截面为二维芯柱截面形状结构2011，其纵向截面为二维环路截面形状结构2012，分别用于约束卷铁芯元件10的芯柱、轭的截面成型，以使卷铁芯元件10在所述成型槽201内同时实现外形和截面的定形。所述的预埋槽202分别围绕环形的成型槽201设置，所述的固定件21安装在对应的预埋槽202内，固定件21本身并不侵占成型槽201内的由二维芯柱截面形状结构2011限定的空间和由二维环路截面形状结构2012限定的空间。