小型单相节能变压器的制造方法
【专利摘要】本实用新型文件披露了可控间隙磁路和自封闭型变压器新结构，采用铁心和磁轭分别制造，磁轭做成封闭环形，将初、次级绕组在铁心上制造完工后，对铁心和磁轭的结合面作精加工，然后用热套方法形成完整无缝磁路，因此可以将接缝磁阻降到最低，降低变压器励磁电流和噪声，变压器效率提高；简化叠片和安装工序；自封闭后无需紧固，节约材料和安装成本；还可以制成矩形截面磁轭和圆形截面铁芯相结合的变压器，进一步降低负载损耗，提高节能效果，本技术适合小功率的单相变压器，适用低频高频，是变压器结构和制造工艺的重大创新。
【专利说明】
小型单相节能变压器发明领域
[0001]本实用新型属于电【技术领域】中的变压器领域，涉及变压器包括制造工艺在内的铁心结构的改进，具体地说是一种新磁路结构和制造工艺的小型单相节能变压器装置。
【背景技术】
[0002]变压器的基本原理是绕组(电路)和磁路的交链，要将绕组放进磁路，磁路就必须分段制作完成后嵌入绕组，磁路上必然留下接缝间隙。在变压器制造领域，磁体材料的分害I]、冲裁、叠装直至磁路的封闭，操作程序多且复杂，远比绕组制作化时费工，而磁路的间隙还很难完全控制，接缝间隙处是产生磁阻的重要原因，大的间隙既会增加励磁电流，增加空载损耗，降低变压器效率，间隙也是产生电磁脉动和噪声的重要来源。同时，小型单相变压器常采用EI冲片或斜E冲片，中间芯柱为矩形，矩形绕组绕制不方便，也不如圆形绕组的线阻低，从而会增加变压器的负载损耗，总之现有小型单相变压器制作麻烦，但空载损耗和负载损耗都很高，不符合当今节能的目标要求。
【发明内容】
[0003]本实用新型采用了与现有传统变压器完全不同的结构和工艺路线，那就是采用具备有效控制的磁路间隙和自封闭型的新工艺结构。
[0004]本实用新型的低损耗节能型变压器，主要结构由绕组、铁心和磁轭三大部分组成，其特征为，铁心(I)和磁轭(3)为由薄硅钢片叠合的独立分体部件，不同于铁心和磁轭一体的现有传统结构；磁轭(3)为整体的矩形环体，磁轭本身没有接缝；铁心(I)和磁轭(3)间磁路结合接缝间隙可有效控制，不受安装工艺影响；变压器具有自封闭紧固性能，无需其他辅助夹具或夹紧结构。
[0005]本实用新型的技术效果是明显的，首先，可控磁路间隙和自封闭型的新结构变压器简化了原有工艺操作难度，节省工艺成本。其次，可以有效减小变压器磁路接缝间隙，减少磁阻，意味着变压器有较小的空载励磁电流，减小了变压器的空载损耗。其三，接缝间隙处产生的磁致伸缩和磁场扰动会产生噪音，可控磁路间隙就可以有效降低变压器接缝处的噪声，变压器工作安静，不会扰人；最后，自封闭型的紧密结构可以省略紧固件，降低变压器的辅助材料成本和安装成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1、本实用新型的小型节能变压器的分解结构示意图。
[0007]图2、小型节能变压器磁轭冲片图。
[0008]图3、三角形结合面铁心和矩形截面磁轭冲片图。
[0009]图4、圆形截面铁心和矩形截面磁轭的分解结构示意图。
[0010]图5、装配结束后的圆形截面铁心和矩形截面磁轭小型节能变压器实体图。
[0011]图6、一种准圆形截面铁心示意图。
【具体实施方式】
[0012]本实用新型结构变压器的主要结构分成三大部分一铁心、磁轭和绕组。铁心(I)为安装绕组的部件，也是绕组中电流产生磁力线流的源头；绕组(2)为电磁耦合的重要环节一电链，绕组能够在铁心中产生磁力线，也能通过磁力线的变化产生感应电压，绕组通常有初级和次级之分，初级输入功率而次级输出功率；磁轭(3)是总体磁路的一部分，是供铁心中的磁力线流通的、完成磁链的通道。由于铁心中的磁力线可以通过磁轭的两边传导，所以铁心的截面积是每边磁轭截面积的两倍。铁心和磁轭组成磁路，也就是说构成了电磁耦合的磁链通路。
[0013]图1为本实用新型的小型节能单相变压器的分解结构示意图。其中，铁心(I)为硅钢片矩形冲片，将冲片叠合成为一个矩形体，并粘合固形，在铁心上绕制绕组(2)，或者将绕组在线圈架上绕好后套入铁心。磁轭(3)为矩形环的硅钢片冲片，冲片叠合成为一个矩形环体，并粘合固形；最后将铁心连同绕组一起装入磁轭完成闭合磁路。按本实用新型的结构，在冲片设计中，使铁心上A、B 二平行面的距离略小于磁轭中A、B 二平行面的距离，就很容易将已经安放有绕组的铁心安装在磁轭的中间。在安装过程中，事先在铁心和磁轭的A、B 二对应平面涂复固化胶，以增加封固后接触面的强度，也可以不用固化胶，整体制成后而直接以环氧树脂绝缘漆浸溃封固。从该结构设计中可以看出，本实用新型单相变压器的磁路间隙是可控的，间隙控制在设计中，间隙控制在模具中，不像现有传统变压器那样，磁路间隙会受安装工艺影响，受插片紧密度的制约。
[0014]如果要制作最小磁路间隙的产品，即零间隙磁路变压器，可以事先设计制作出A、B 二平行面的距离略长的铁心。在铁心和磁轭分别制作完成固化后，在铁心和磁轭的结合处(图中所标的A和B位置)，分别对铁心和磁轭结合处作精加工，并使铁心上A、B 二平行面的距离等于或略大于磁轭中A、B 二平行面间的距离。很明显，这样一种铁心与磁轭的结合面属于过盈配合，过盈配合是无法直接将这样的铁心装入磁轭，必须采用热套工艺。具体热套工艺就是将铁心维持常温而将磁轭加热，由于加热的磁轭体积膨胀，使AB间的距离增大超过冷态铁心配合面AB间的距离，因此就很容易按AB配合面的设计公差将铁心放进磁轭。铁心放进去后，一旦铁心和磁轭的温度趋于一致，二者的结合处将达到密切结合，消除间隙，并形成零间隙的磁路结构。按照热胀冷缩的原理，或者也可将铁心冷冻而磁轭保持常温，当然在将铁心冷冻的同时加热磁轭的办法就更容易实现零间隙安装。安装结束后直接以环氧树脂绝缘漆浸溃封固。
[0015]所制成的变压器可以通过线圈架上的引线头焊接在印刷线路板上，所以本实用新型的变压器具有自封闭结构的性能，不会松脱，无需额外支架夹紧。
[0016]从上面的叙述说明中，可以看出本实用新型单相变压器的结构特征:
[0017]1、铁心(I)和磁轭(3)为由薄娃钢片叠合的独立分体部件,不同于铁心和磁轭一体的现有传统结构；
[0018]2、磁轭(3)为整体的矩形环体，磁轭本身没有接缝；
[0019]3、铁心(I)和磁轭(3)间磁路结合接缝间隙可有效控制，不受安装工艺影响；
[0020]4、铁心(I)和磁轭(3)磁路结合面接缝可以实现零间隙磁路的结构；
[0021]5、变压器具有自封闭紧固性能，无需其他辅助夹具或夹紧结构。
[0022]本实用新型的技术效果是明显的，首先，可控磁路间隙和自封闭型的新结构变压器简化了原有工艺操作流程，节省工艺成本。其次，可以有效减小变压器磁路接缝间隙，减少磁阻，意味着变压器有较小的空载励磁电流，减小了变压器的空载损耗。其三，接缝间隙处产生的磁致伸缩和磁场扰动会产生噪音，可控磁路间隙就可以有效控制间隙，甚至达到零间隙，有效降低变压器接缝处的噪声，变压器工作安静，不会扰人。最后，自封闭型的紧密结构可以省略紧固件，降低变压器的辅助材料成本和安装成本。
[0023]图2为小型节能变压器磁轭冲片图。本实用新型结构的磁轭冲片为一矩形框，矩形框为无缝连续结构，因此框内的硅钢片将无法有效利用，所以必须将大小不同规格的冲片进行套裁，即把环内冲剪下来的硅钢片用作小一号规格磁轭的冲片，直至最后剩下的一片作为某一规格变压器的铁心片。例如，图中最大号冲片为C冲片,接着为在其内的D冲片、E冲片和F冲片。最后剩下的G冲片，刚好成为F冲片磁轭的配套铁心冲片，所以这张硅钢片没有一丁点的浪费，实现全部套裁利用，无边角料浪费。这样，只要在另外的硅钢片上冲裁出C冲片、D冲片、E冲片磁轭所配套的铁心冲片，整副磁轭铁心冲片就完成了，由于铁心冲片也是简单的矩形冲片，硅钢片利用率高，边料和浪费极少。此外，这样简单形状的模具成本也比较低。
[0024]为了进一步减少磁轭和铁心间的磁阻，可以将二者的接触面积扩大而采用三角形冲片或圆弧形冲片。图3为三角形结合面铁心和矩形磁轭冲片图。为便于观察分析，图中故意将间隙放大，其实，间隙应该是非常小的。但是用三角形冲片或圆弧形冲片以增加磁路接触面积减少磁轭和铁心间的磁阻的结构方案，硅钢片利用率将降低，边料多、材料浪费增力口。当然采用零间隙结构磁路，曲面加工的成本会更高、难度也会更大。
[0025]铁心和磁轭可以选用铁硅系合金(硅钢片)冲制和叠装，此外还有多种软磁材料可用在各种不同频率的变压器中，例如，铁铝系合金、铁硅铝系合金、镍铁系合金、铁钴系合金、羰基铁、软磁铁氧体、非晶态软磁合金、超微晶软磁合金、铁基非晶合金、非晶纳米晶合金软磁复合材料等等。
[0026]普通EI冲片或斜E冲片的单相小型变压器，由于磁力线有至少一段折弯转向，所以不能采用单相磁导率很高的取向性硅钢片。但在本实用新型中，虽然磁轭仍不能采用单向磁导率很高的取向性硅钢片，但铁心是可以采用取向性硅钢片的，高导磁方向应与铁心矩形的长边相平行。因此本实用新型变压器的铁心冲片采用取向性硅钢片，磁轭采用非取向性硅钢片，这在传统单相小型变压器中是做不到的，这样的设计又可以降低励磁电流，节能效果更优异。
[0027]以上分析的主要是减少变压器磁路损耗实现高效节能的具体结构改进。下面将作减少变压器负载损耗实现高效节能的结构改进。
[0028]变压器的损耗主要有两大类，称为空载损耗和负载损耗。空载损耗不随负载电流的变化而改变，它主要由变压器磁路磁阻决定，由变压器的励磁电流的大小来衡量，也统称为铁损，以上各种技术方案都是针对降低空载损耗的节能方案。
[0029]负载损耗的大小与变压器的负载电流或称输出电流成正相关，主要由绕组中的电阻所产生，所以也称铜损。铜损P可表达为:
[0030]P = RiI2 (式 I)
[0031]Ri为绕组的电阻，
[0032]I为流过绕组的电流。
[0033]传统的小型单相变压器都由同样几何尺寸的冲片叠合而成，所以铁心只能是矩形，要制作圆形铁心，必须要几十副不同心部宽度的模具冲片，这是不现实的。而在本实用新型中。由于铁心与磁轭分离，所以铁心就可以采用圆形截面，只要冲裁出长度一致而宽度不同的一组矩形片就可以形成圆形截面了。
[0034]从几何原理可以知道，同样大小的截面积，圆形的周长最短，所以在圆形铁心外缠绕的绕组，绝缘电磁线的长度最短，这就意味着，本实用新型中的一个重要特征是磁轭是矩形体而铁心是圆形体，它需要的电磁线的长度短，绕组电阻小，因而具有最小的用铜量和更小的负载损耗。
[0035]图4为圆形截面铁心和矩形截面磁轭的分解结构示意图。从图上可以看出，磁轭与图1磁轭相同，都为矩形截面，但铁心各异，前者铁心为矩形而后者为圆形。
[0036]图5为装配结束后的圆形截面铁心和矩形截面磁轭小型节能变压器实体图。
[0037]圆形截面铁心的冲片为一组长度相同而宽度不等的冲片，除其中的一片可以从磁轭冲片套裁外，其它各种冲片须在另外的硅钢片中冲制，由于宽度不一致，套裁更方便，所以硅钢片利用率更高，边料和浪费也极少。
[0038]虽然圆形截面铁心的铁心成本比较高，但是圆形截面铁心有两个很大的优点，那就是绕组用铜量减少和变压器负载损耗的降低，一般说来，圆形绕组绕制还略比矩形绕组方便。
[0039]这一特点带来二个技术优势，那就是更节能和更节材，虽然圆形铁心的制造成本略高于矩形铁心，但有了这二点，绕组成本的降低可以补偿铁心成本的增加，而节能的优势就更关出了。
[0040]为了加工的方便，本实用新型中的圆形铁心也可以以带二个等长平行弦的准圆形铁心代替。
[0041]图5为本实用新型的带二个等长平行弦的准圆形铁心。所谓带二个等长平行弦的准圆形铁心，就是将圆形两边宽度较小的冲片去掉，因为这样的冲片对截面积的贡献很小，保留的意义不大，绕组仍接近圆形，省略后还能降低冲片的种类和成本。
【权利要求】
1.一种由绕组、铁心和磁轭三大部分组成的小型单相节能变压器，其特征为，铁心(I)和磁轭(3)为由薄硅钢片叠合的独立分体部件，不同于铁心和磁轭一体的现有传统结构；磁轭(3)为整体的矩形环体，磁轭本身没有接缝；铁心(I)和磁轭(3)间磁路结合接缝间隙可有效控制，不受安装工艺影响；变压器具有自封闭紧固性能，无需其他辅助夹具或夹紧结构。
2.根据权利要求1所述的节能变压器，其特征为，铁心(I)和磁轭(3)磁路结合面接缝是零间隙结构磁路。
3.根据权利要求1所述的节能变压器，其特征为，铁心的截面和磁轭的截面均为矩形；二者的接合面则采用平面接触。
4.根据权利要求1所述的节能变压器，其特征为，铁心和磁轭的接合面为三角形或圆弧形。
5.根据权利要求3或权利要求4所述的节能变压器，其特征为，铁心的和磁轭冲片全部为套裁利用，无边角料浪费。
6.根据权利要求1所述的节能变压器，其特征为，铁心和磁轭可以选用铁硅系合金(硅钢片)，铁招系合金、铁娃招系合金、镇铁系合金、铁钻系合金、擬基铁、软磁铁氧体、非晶态软磁合金、超微晶软磁合金、铁基非晶合金或非晶纳米晶合金软磁复合材料。
7.根据权利要求1或权利要求6所述的节能变压器，其特征为，铁心采用取向性硅钢片，磁轭采用非取向性硅钢片。
8.根据权利要求1所述的节能变压器，其特征为，铁心为圆形截面。
9.根据权利要求1所述的节能变压器，其特征为，铁心为带二个等长平行弦的准圆形截面。
【文档编号】H01F27/26GK204045358SQ201420502605
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月2日 优先权日:2014年9月2日
【发明者】於岳亮 申请人:上海稳得新能源科技有限公司