本發(fā)明涉及變壓器制備工藝技術領域，尤其涉及一種帶鐵基納米晶鐵芯的配電變壓器和鐵芯制作方法。
背景技術：
配電變壓器是配電系統(tǒng)中通過變換交流電壓和電流而傳輸交流電能的一種靜止電器，而鐵芯是配電變壓器中傳遞和變換電磁能量的主要部件，因此，鐵芯的性能和結構對配電變壓的性能有重要影響。
傳統(tǒng)的配電變壓器中，配電變壓器的鐵芯通常采用硅鋼片鐵芯，硅鋼片鐵芯一般包括鐵芯柱和橫片兩部分，鐵芯柱上套有繞組，橫片用于閉合磁路。鐵芯柱由許多硅鋼片采用疊片式結構組成，即鐵芯柱由不同寬度的條形硅鋼片依次軋制而成，整體呈現(xiàn)類圓柱形。組成鐵芯柱的硅鋼片厚度一般為0.35-0.5mm，相鄰硅鋼片之間涂絕緣漆確保硅鋼片之間互相絕緣。配電變壓器鐵芯柱的橫截面也就是硅鋼片的形狀，通常設計為常規(guī)的回字形、字母c形或字母e形。
然而，傳統(tǒng)的配電變壓器中，由于配電變壓器鐵芯采用硅鋼片鐵芯，使配電變壓器頻率一般只能夠達到50hz。在一些高頻工作的場合，由于硅鋼片鐵芯受自身磁通飽和度的限制，使得硅鋼片鐵芯的工作頻率較低，從而導致配電變壓器能量轉換效率不夠高，因此配電變壓器的功率密度較小，工作效率較低，因此帶硅鋼片鐵芯的配電變壓器無法很好地滿足高頻工作場合的要求。而且，傳統(tǒng)的配電變壓器中，由于硅鋼片材質堅硬，且硅鋼片鐵芯的制備方法比較單一，使得硅鋼片的形狀比較單一化，從而使得硅鋼片鐵芯柱的橫截面形狀也比較單一化。
技術實現(xiàn)要素：
為克服相關技術中存在的問題，本發(fā)明提供一種帶鐵基納米晶鐵芯的配電變壓器和鐵芯制作方法。
一種帶鐵基納米晶鐵芯的配電變壓器，包括外殼、鐵芯、用于固定鐵芯的至少兩組鐵芯緊固組件、緊密繞制在鐵芯外部的一次繞組和二次繞組，鐵芯、一次繞組和二次繞組設置在外殼內，外殼上固定設置有引線套管；其中，鐵芯設置為鐵基納米晶鐵芯，鐵基納米晶鐵芯為內部中空的柱狀空腔結構；鐵芯緊固組件包括兩個夾板，兩個夾板分別夾設在鐵基納米晶鐵芯的內表面和外表面，且兩個夾板通過螺釘固定在外殼上；至少兩組鐵芯緊固組件均勻設置在鐵基納米晶鐵芯上。
可選地，鐵基納米晶鐵芯由多層柱狀空腔結構的鐵基納米晶薄帶構成，且鐵基納米晶薄帶之間熱壓連接。
可選地，鐵基納米晶鐵芯由一層鐵基納米晶薄帶構成，且鐵基納米晶薄帶沿軸向卷繞多層，形成柱狀空腔結構。
可選地，鐵芯緊固組件設置為g10絕緣板。
可選地，螺釘設置為陶瓷螺釘。
可選地，鐵基納米晶薄帶的厚度為27±2μm或33±2μm。
一種鐵芯制作方法，包括：
確定鐵芯的橫截面形狀和尺寸；根據(jù)鐵芯的橫截面形狀和尺寸選擇鐵芯模具，利用鐵芯模具將鐵基納米晶薄帶制作成柱狀空腔結構的半成品鐵芯；在氮氣保護下，對半成品鐵芯進行熱處理，熱處理溫度為823-843k，保溫時間為80-100min；對熱處理后的鐵芯降溫，獲取鐵基納米晶鐵芯。
可選地，利用鐵芯模具將鐵基納米晶薄帶制作成柱狀空腔結構的半成品鐵芯，包括：將多層鐵基納米晶薄帶放入鐵芯模具中，且相鄰的鐵基納米晶薄帶之間交錯相疊設置；利用鐵芯模具使鐵基納米晶薄帶形成柱狀空腔結構的半成品鐵芯。
可選地，利用鐵芯模具將鐵基納米晶薄帶制作成柱狀空腔結構的半成品鐵芯，包括：將一層鐵基納米晶薄帶放入鐵芯模具中；利用鐵芯模具使鐵基納米晶薄帶軸向卷繞多次，形成柱狀空腔結構的半成品鐵芯。
本發(fā)明的實施例提供的技術方案可以包括以下有益效果：
一種帶鐵基納米晶鐵芯的配電變壓器，包括外殼、鐵芯、用于固定鐵芯的至少兩組鐵芯緊固組件、緊密繞制在鐵芯外部的一次繞組和二次繞組，鐵芯、一次繞組和二次繞組設置在外殼內，外殼上固定設置有引線套管；其中，鐵芯設置為鐵基納米晶鐵芯，鐵基納米晶鐵芯為內部中空的柱狀空腔結構；鐵芯緊固組件包括兩個夾板，兩個夾板分別夾設在鐵基納米晶鐵芯的內表面和外表面，且兩個夾板通過螺釘固定在外殼上；至少兩組鐵芯緊固組件均勻設置在鐵基納米晶鐵芯上。
本發(fā)明中的配電變壓器采用鐵基納米晶鐵芯來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硅鋼片鐵芯，由于鐵基納米晶材料的工作頻率可達到500khz，比傳統(tǒng)硅鋼片的工作頻率提高10倍以上，因此本發(fā)明能夠應用于高頻率場合。與傳統(tǒng)的配電變壓器相比，由于本發(fā)明實施例中配電變壓器的工作頻率非常高，使得配電變壓器存儲的能量密度很高，從而能夠大幅提高配電變壓器的功率密度。由于本發(fā)明中配電變壓器的功率密度較高，在獲取相同輸出功率的前提下，采用本發(fā)明能夠將配電變壓器的體積設計的更小，較小的體積使得本發(fā)明能夠廣泛應用于對配電變壓器有尺寸要求的場合，可在正常工作時極大地減小配電變壓器的運行損耗和溫度。另外，本發(fā)明中的配電變壓器采用鐵基納米晶鐵芯，由于鐵基納米晶材質本身柔軟度高，在鐵芯成型制備過程中，通過熱壓工藝可以將鐵芯橫截面制作成各種不同的形狀，鐵芯橫截面的形狀更加靈活、多樣化。
應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本發(fā)明。
附圖說明
此處的附圖被并入說明書中并構成本說明書的一部分，示出了符合本發(fā)明的實施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明實施例提供的一種帶鐵基納米晶鐵芯的配電變壓器的結構示意圖；
圖2為本發(fā)明實施例提供的一種鐵芯制作方法的基本流程示意圖；
圖3為本發(fā)明實施例提供的另一種鐵芯制作方法的基本流程示意圖；
圖4為本發(fā)明實施例提供的第三種鐵芯制作方法的基本流程示意圖；
圖1-圖4中，符號表示：
1-鐵基納米晶鐵芯、2-鐵芯緊固組件、3-一次繞組、4-二次繞組、5-外殼、6-引線套管、7-螺釘。
具體實施方式
這里將詳細地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式并不代表與本發(fā)明相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權利要求書中所詳述的、本發(fā)明的一些方面相一致的裝置和方法的例子。
參見圖1，圖1是本發(fā)明實施例提供的一種帶鐵基納米晶鐵芯的配電變壓器的結構示意圖。由圖1可知，本發(fā)明實施例中帶鐵基納米晶鐵芯的配電變壓器，主要包括外殼5、鐵基納米晶鐵芯1、鐵芯緊固組件2、一次繞組3、二次繞組4和引線套管6六部分。其中，鐵芯緊固組件2均勻設置在鐵基納米晶鐵芯1上，一次繞組3和二次繞組4緊密繞制在鐵基納米晶鐵芯1的外部，鐵基納米晶鐵芯1、一次繞組3和二次繞組4設置在外殼5內，引線套管6固定設置在外殼5上。
本發(fā)明實施例中的鐵芯設置為鐵基納米晶鐵芯1，鐵基納米晶材料的工作頻率可以達到500khz，從而使得鐵基納米晶鐵芯1的工作頻率比普通硅鋼片鐵芯的工作頻率可以提高10倍以上，因此，本發(fā)明中帶鐵基納米晶鐵芯1的配電變壓器不但能夠應用于一般場合，還能夠廣泛應用于有高頻率要求的特殊場合。另外，由于本發(fā)明實施例中配電變壓器的工作頻率非常高，使得配電變壓器存儲的能量密度很高，從而能夠大幅提高配電變壓器的功率密度，因此，在獲取相同輸出功率的前提下，采用本發(fā)明能夠將配電變壓器的體積設計的更小，較小的體積使得本發(fā)明能夠廣泛應用于對配電變壓器有尺寸要求的場合，可在正常工作時極大地減小配電變壓器的運行損耗和溫度。
本發(fā)明實施例中鐵基納米晶鐵芯1為內部中空的柱狀空腔結構，柱狀空腔結構的橫截面可以根據(jù)實際需求設計為圓形、橢圓形或其他任意形狀，因此，本發(fā)明中鐵芯截面形狀設計更加靈活，本發(fā)明實施例中僅以圓形橫截面為例來闡述。
由圖1可知，鐵芯緊固組件2均勻設置在鐵基納米晶鐵芯1上，用于固定鐵基納米晶鐵芯1。為了確保鐵芯緊固組件2對鐵基納米晶鐵芯1的緊固作用，鐵芯緊固組件2至少設置有兩組，且所有鐵芯緊固組件2之間均勻分布，鐵芯緊固組件2的具體數(shù)量可以根據(jù)實際配電變壓器中鐵基納米晶鐵芯1的大小來確定。
從組成結構來看，鐵芯緊固組件2包括兩個夾板，兩個夾板分別夾設在鐵基納米晶鐵芯1的內表面和外表面，且兩個夾板通過螺釘7固定在外殼5上。兩個夾板的形狀設置可以與鐵基納米晶鐵芯1的內表面和外表面形狀相匹配，從而使兩個夾板分別與內、外表面緊密貼合；也可以設置為規(guī)則的長方形夾板，使兩個夾板只有一部分與內、外表面緊密貼合，只要能夠起到固定鐵基納米晶鐵芯1的作用即可。本發(fā)明中兩個夾板通過螺釘7固定在外殼5上，能夠進一步加強鐵芯緊固組件2對鐵基納米晶鐵芯1的緊固作用。
繼續(xù)參見圖1，一次繞組3和二次繞組4緊密繞制在鐵基納米晶鐵芯1的外部，一次繞組3和二次繞組4的中心線與鐵基納米晶鐵芯1的中軸線垂直。具體的繞制方式方面可以設置為：一次繞組3和二次繞組4分別繞制在鐵基納米晶鐵芯1的兩側，或者，一次繞組3和二次繞組4交錯繞制在鐵基納米晶鐵芯1上。
本發(fā)明實施例中鐵基納米晶鐵芯1由鐵基納米晶薄帶構成，鐵基納米晶薄帶的成品呈卷狀結構，長度可以根據(jù)需求任意裁切。本發(fā)明實施例中，由鐵基納米晶薄帶構成柱狀空腔結構的鐵基納米晶鐵芯1可以有兩種設計方式。
第一種設計方式為：鐵基納米晶鐵芯1由多層柱狀空腔結構的鐵基納米晶薄帶構成，且鐵基納米晶薄帶之間熱壓連接。具體地，多層鐵基納米晶薄帶均設置為柱狀空腔結構，各層鐵基納米晶薄帶依次套設在最內層鐵基納米晶薄帶的外部，多層鐵基納米晶薄帶之間熱壓連接。熱壓連接能夠使鐵基納米晶薄帶之間緊密連接，有利于提高鐵基納米晶鐵芯的穩(wěn)定性。第二種設計方式為：鐵基納米晶鐵芯1由一層鐵基納米晶薄帶構成，且鐵基納米晶薄帶沿軸向卷繞多層，形成柱狀空腔結構。具體地，鐵基納米晶鐵芯1可以由一層長度足夠的鐵基納米晶薄帶按照設定的截面形狀沿軸向卷繞多層，形成柱狀空腔結構，多層鐵基納米晶薄帶之間熱壓連接。
本發(fā)明實施例中，鐵基納米晶薄帶的厚度可以設置為27±2μm或33±2μm，該厚度設計，有利于提高鐵基納米晶材料的工作頻率，從而確保鐵基納米晶鐵芯1的工作頻率達到較佳的效果。
本發(fā)明實施例中，鐵芯緊固組件2設置為g10(glassfiber，玻璃纖維含量為10％)絕緣板。g10絕緣板相當于配電變壓器中的骨架，起到夾緊和固定鐵芯的作用。另外，由于g10絕緣板的導電性能非常差，在配電變壓器應用于高頻場合時，能夠提高配電變壓器的轉換效率、減小不必要的損耗，從而確保配電變壓器的工作頻率達到數(shù)十khz到mhz之間，有利于提高配電變壓器的工作頻率和工作效率。
本發(fā)明實施例中的螺釘7設置為陶瓷螺釘，能夠減小雜散損耗和附加損耗，有利于提高配電變壓器的工作頻率和工作效率。
參見圖2，圖2為本發(fā)明實施例提供的一種鐵芯制作方法的基本流程示意圖。由圖2可知，本發(fā)明中鐵芯制作方法具體包括如下步驟：
步驟s101：確定鐵芯的橫截面形狀和尺寸。
具體地，鐵芯截面形狀可以根據(jù)實際需求設計為圓形、橢圓形或其他任意形狀，因此，本發(fā)明中鐵芯截面形狀設計更加靈活和多樣化。
步驟s102：根據(jù)鐵芯的橫截面形狀和尺寸選擇鐵芯模具，利用鐵芯模具將鐵基納米晶薄帶制作成柱狀空腔結構的半成品鐵芯。
由于鐵基納米晶薄帶成品呈卷狀，長度根據(jù)需求具體裁定，所以，在利用鐵芯模具將鐵基納米晶薄帶制作成柱狀空腔結構的半成品鐵芯時，可以將多層長度相同的鐵基納米晶薄帶疊加后制作成柱狀空腔結構的半成品鐵芯，也可以將單層鐵基納米晶鐵芯多次卷繞制作成柱狀空腔結構的半成品鐵芯。具體地，本發(fā)明提供以下兩種方法。
在上述圖2所示的實施例的基礎之上參見圖3，圖3為本發(fā)明實施例提供的另一種鐵芯制作方法的基本流程示意圖。由圖3可知，本發(fā)明中利用鐵芯模具將鐵基納米晶薄帶制作成柱狀空腔結構的半成品鐵芯的第一種實現(xiàn)方法具體包括如下步驟：
步驟s1021：將多層鐵基納米晶薄帶放入鐵芯模具中，且相鄰的鐵基納米晶薄帶之間交錯相疊設置；
步驟s1022：利用鐵芯模具使鐵基納米晶薄帶形成柱狀空腔結構的半成品鐵芯。
該實施例未詳細描述的部分可參照圖2所示的實施例，兩者之間可以互相參照，在此不再詳細闡述。
在上述圖2所示的實施例的基礎之上參見圖4，圖4為本發(fā)明實施例提供的第三種鐵芯制作方法的基本流程示意圖。由圖4可知，本發(fā)明中利用鐵芯模具將鐵基納米晶薄帶制作成柱狀空腔結構的半成品鐵芯的第二種實現(xiàn)方法具體包括如下步驟：
步驟s1023：將一層鐵基納米晶薄帶放入鐵芯模具中；
步驟s1024：利用鐵芯模具使鐵基納米晶薄帶軸向卷繞多次，形成柱狀空腔結構的半成品鐵芯。
該實施例未詳細描述的部分可參照圖2所示的實施例，兩者之間可以互相參照，在此不再詳細闡述。
步驟s103：在氮氣保護下，對半成品鐵芯進行熱處理，熱處理溫度為823-843k，保溫時間為80-100min。
在步驟s102中，利用鐵芯模具將鐵基納米晶薄帶制作成步驟s101中所確定截面形狀和尺寸的鐵芯，因此，此時的鐵芯仍然為材質柔軟的半成品鐵芯，需要后續(xù)工藝處理后方可使用。具體地，本發(fā)明中需要對對半成品鐵芯進行熱處理工藝，熱處理溫度為823-843k，保溫時間為80-100min的工藝條件，能夠保證半成品鐵芯中的鐵基納米晶薄帶之間在高溫下連接緊密、一次成型。氮氣具有很強的惰性，能夠隔絕空氣、防止氧化，從而更好地促進熱處理工藝的順利進行。
步驟s104：對熱處理后的鐵芯降溫，獲取鐵基納米晶鐵芯。
鐵基納米晶材料具有高飽和磁通密度、高電阻率和低損耗的優(yōu)點，是制作鐵芯的優(yōu)選材料。由于鐵基納米晶薄帶是薄帶狀，其柔軟度太高，不能直接作為鐵芯使用，而是需要通過一定工藝的加工整合，制作成各種不同截面形狀和尺寸的鐵芯。
本領域技術人員在考慮說明書及實踐這里發(fā)明的公開后，將容易想到本發(fā)明的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本發(fā)明的任何變型、用途或者適應性變化，這些變型、用途或者適應性變化遵循本發(fā)明的一般性原理并包括本發(fā)明未公開的本技術領域中的公知常識或慣用技術手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神由下面的權利要求指出。
應當理解的是，本發(fā)明并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的精確結構，并且可以在不脫離其范圍進行各種修改和改變。本發(fā)明的范圍僅由所附的權利要求來限制。