一種高頻變壓器鐵芯的專用模具的製作方法

2023-11-08 10:29:37 2

本實用新型涉及鐵芯技術領域，特別是涉及一種高頻變壓器鐵芯的專用模具。

背景技術：

變壓器鐵芯是電源變壓器內部的導磁元件，現有變壓器用磁芯材料基本上有三種：矽鋼片、鐵氧體和納米晶，前兩者是製造磁芯最常見的材料，但隨著科技發展，許多場合(如發電廠除塵、水泥廠除塵等)需要使用大功率高頻高壓電源，對變壓器鐵芯提出了更高的要求，特別是鐵芯功耗、溫升、噪音成為鐵芯重要的質量指標。

矽鋼片鐵芯只適合400Hz以下的低頻變壓器；鐵氧體材料由於其飽和磁感應強度太低導致鐵芯體積和重量很大，很難將功率做大，同時還存在溫度穩定性差、效率低下的問題；鈷基非晶與坡莫合金均具備良好的電磁性能，但其價格及其昂貴，若用於工業產品則成本過高。

鐵基納米晶(超微晶)材料是以鐵為基材加入少量鈮、硼、銅、矽等元素，經過急冷工藝製備的具有厚度小於0.025mm的薄片裝帶材，製作成鐵芯後具有體積小、損耗小、頻率範圍寬等特點，同時鐵芯的性能和穩定性也有很卓越的表現，已經廣泛的應用於高頻高壓靜電除塵行業，一般採用30mm～100mm寬度的納米晶帶材，目前該種鐵芯均為矩形框設計，用納米晶薄帶通過卷繞環狀鐵芯，再用撐模成型，隨後經過熱處理、固化定型等處理工藝製成成品鐵芯。

現有產品存在的一些問題如下：

a)行業內卷繞鐵芯的繞模普遍採用具有預定外徑的實鐵模繞制，由於高頻高壓變壓器鐵芯一般重量在0.5Kg～50Kg左右，且體積較大，導致繞好的鐵芯無法順暢取出，操作困難。

b)由於納米晶鐵芯目前沒有形成國家標準，甚至行業標準也未成型，導致即便是同等功率設計的變壓器對鐵芯的規格設計也是不一樣的，而鐵芯製作成型用到的工裝夾具無法實現重複再利用，造成很大的資源浪費和重複性工作。

c)同時，由於納米晶疊片存在一定的疊片係數，導致鐵芯成型夾緊時，由於無法準確測量鐵芯上下兩個疊面的寬度，從而帶來鐵芯扭歪的現象，給產品的外觀和性能穩定性帶來了很大的困擾。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是：為了克服現有技術中的不足，本實用新型提供一種高頻變壓器鐵芯的專用模具。

矩形高頻變壓器鐵芯的內孔的四個角的圓弧半徑基本是相同的，並且整個鐵芯只要保證了內孔的四個角的圓弧半徑的準確，則其整個產品的形狀就可以確定，不同尺寸的矩形高頻變壓器鐵芯在結構上僅僅是邊長的大小不一樣。因此，本實用新型的專用模具根據上述特點，只需要提供能夠適合多種邊長的模具，就可以滿足多種規格產品的需要。

基於上述構思，本實用新型解決其技術問題所要採用的技術方案是：一種高頻變壓器鐵芯的專用模具，包括用於鐵芯內孔成型的內撐模和用於鐵芯外側夾緊的外夾緊模，所述鐵芯置於所述內撐模和外夾緊模之間成型為矩形鐵芯，所述內撐模包括用於鐵芯內轉角成型的四個角撐和用於控制矩形鐵芯邊長的四個撐板，每個撐板支撐在相鄰的兩個角撐之間組成與成型鐵芯內孔相同的矩形 形狀。將現有技術中固定長度的只能完成單一規格鐵芯成型的工裝夾具進行了改進，根據成型後矩形鐵芯的特點，將內孔成型的模具分為角撐和撐板，使轉角處的模具與控制長度的模具分體設置，在成型不同規格的矩形鐵芯時，只需要更換不同長度的撐板，而不需要將內撐模全部更換，實現了工裝夾具的重複利用。

具體的，所述四個角撐的結構相同，所述角撐為拐角為直角的L形立柱，所述L形立柱的外直角處為半徑為R的圓弧面，且所述圓弧面兩側與L形立柱的兩外側面均相切，所述L形立柱的兩端部設有撐板插槽；所述撐板為矩形立柱，且矩形立柱兩端設有與撐板插槽匹配的插塊，所述插塊插設在插槽內，且所述插槽具有限制所述插塊向中心靠攏的限位面。角撐和撐板通過插拔的方式進行安裝，簡單快捷，並且通過限位面限制角撐和撐板之間的位置關係，保證了內撐模的形狀，提高了矩形鐵芯的成型精度。

進一步，為了便於使插塊插入插槽內，所述插槽和插塊上下兩端的邊緣均設有倒角過渡面。通過倒角過渡面進行限位導向可以實現快速插入。

具體的，所述外夾緊模包括四個L形外角板、四個外夾板和用於連接相鄰兩個外角板的拉緊組件，四個外夾板依次連接形成與成型鐵芯外形尺寸匹配的矩形，所述四個L形外角板分別壓在外夾板形成的矩形的四個外轉角上，且L形外角板兩端分別壓住兩側的外夾板，所述拉緊組件兩端分別與矩形同一邊上的兩個L形外角板連接；所述拉緊組件包括花籃螺栓和設置在L形外角板端部的凸環，所述花籃螺栓兩端的鉤子勾在矩形同一邊上的兩個L形外角板的凸環內。外夾緊模也採用分體的結構，可以通過配置不同長度的外夾板實現不同規格的矩形鐵芯的成型；採用花籃螺栓將相鄰兩個外轉角之間的進行鎖緊，通過花籃螺栓可以方便調整鎖緊力，並且鎖緊速度快，提高了成型效率。

一種高頻變壓器鐵芯的製造方法，其特徵在於：採用上述的專用模具，具體包括以下步驟，

步驟1：根據鐵芯要求選擇合適的納米晶帶材、撐板和外夾板，然後將n層納米晶帶材在專用卷繞芯模上卷繞成圓環形的鐵芯，且保證卷繞鐵芯到制定厚度；

步驟2：鐵芯卷繞好後，從卷繞芯模上取下，然後將鐵芯大致整形為矩形的形狀，將內撐模的四個角撐分別放在鐵芯內孔的四角，並在相鄰兩個角撐之間對應放入相應尺寸的撐板，使鐵芯基本成型；將規定尺寸的外夾板對應放於基本成型的鐵芯的四個芯柱外側，然後將四個L形外角板分別置於鐵芯的四個外轉角處，L形外角板邊緣應壓住外夾板，最後，分別將花籃螺栓兩頭的鉤子勾住L形外角板上的凸環，鎖緊後鐵芯成型；

步驟3：將帶有內撐模和外夾緊模的納米晶矩形鐵芯放入高頻加熱爐均勻加熱，以每分鐘10℃的速率進行升溫，控制爐溫在400℃～600℃，保持三小時後再以20℃每分鐘的速度降溫至100℃，取出熱處理好的磁芯；

步驟4：通過真空含浸設備使鐵芯完全浸漬在含有固化劑的改性環氧樹脂內，使含有固化劑的改性環氧樹脂充分填充納米晶鐵芯的層間空隙，含浸完成後取出晾乾磁芯；

步驟5：將磁芯放入烘箱，在80℃-150℃下固化定型8小時，取出冷卻後鐵芯加工完成。

優選的，步驟1中同時卷繞的納米晶帶材的層數n≥2，即將納米晶帶材兩兩重疊或兩層以上的帶材重疊同時卷繞。一般製作鐵芯都是以單層帶材卷繞鐵芯，本實用新型提出將納米晶帶材兩兩重疊或兩層以上的帶材重疊卷繞，既可以提高卷繞效率、又可以增加鐵芯的疊片係數，還能夠有利於鐵芯尺寸的控制。

進一步，步驟1中所述專用卷繞芯模包括兩個分體設置的模芯和一個固定螺栓，所述模芯上設有傾斜貼合面，所述模芯貼合面貼合後用螺栓貫穿固定形成圓形芯模，且螺栓軸線與所述圓形芯模軸線重合，且貼合面與圓形芯模軸線相交並且具有一定夾角。卷繞芯模為兩個結構相同的分體模芯組合而成，兩個分體模芯具備採用一個螺栓穿過固定之後即為一個圓模的特點。採用斜切的兩個半模芯，在拆卸掉中心的螺栓後，傾斜貼合面可以將鐵芯對模芯的徑向力轉換為軸向力，使模芯能夠快速取出。

本實用新型的有益效果是：本實用新型提供的一種高頻變壓器鐵芯的製造方法及其專用模具，採用分體設置的專用模具能夠通過簡單操作實現支持多種不同規格納米晶鐵芯的工裝夾具，且成本低；採用具有斜切貼合面的卷繞芯模可以實現卷繞芯模與鐵芯的自動脫離，能夠方便卷繞納米晶帶材，並輕鬆取下的卷繞芯模；鐵芯成型後無需進行測量，即能達到鐵芯要求的尺寸，且所有鐵芯的尺寸精度高、一致性好。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。

圖1是矩形高頻變壓器鐵芯的結構示意圖；

圖2是矩形高頻變壓器鐵芯的結構示意圖；

圖3是矩形高頻變壓器鐵芯的結構示意圖；

圖4是現有技術中成型工裝的結構示意圖；

圖5是本實用新型的專用模具的結構示意圖；

圖6是本實用新型的專用模具的結構示意圖；

圖7是角撐的結構示意圖；

圖8是卷繞芯模的結構示意圖。

圖中：10、鐵芯，11、矩形內孔，3、外U型體，4、內U型體，4-1、縫隙，5、小柱，5-1、螺帽，6、內撐架，7、螺栓，8、折耳，20、角撐，21、撐板，22、外角板，23、外夾板，24、花籃螺栓，25、凸環，26、鉤子，27、圓弧面，28、插槽，30、下模芯，31、上模芯，32、螺栓，33、底板。

具體實施方式

現在結合附圖對本實用新型作詳細的說明。此圖為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本實用新型的基本結構，因此其僅顯示與本實用新型有關的構成。

如圖1-3所示，本實用新型涉及的一種矩形高頻變壓器鐵芯，鐵芯10包括矩形內孔11，矩形內孔11的四個轉角的半徑為R，其中，A表示矩形內孔11的長，B表示矩形內孔11的寬，C表示矩形鐵芯10的寬度，D表示矩形鐵芯10的厚度。

如圖4所示，現有技術中的矩形高頻變壓器鐵芯10的成型工裝，包括方型內模和方型外模，方型內模包括由兩個內U型體4組成的內主架和一個內撐架6，該內U型體4的內壁和內撐架6的外壁之間通過帶螺帽5-1的小柱5連接，旋動螺帽5-1可使小柱5的長度延伸，用於調整該兩內U型體4之間的縫隙4-1的距離。方型外模由一對外U型體3組成，外U型體3的兩臂端部設有折耳8，兩個U型體對應折耳8之間通過螺栓7連接鎖定。

如圖5-7所示，本實用新型的一種高頻變壓器鐵芯的專用模具，包括用於鐵芯10內孔成型的內撐模和用於鐵芯10外側夾緊的外夾緊模，所述鐵芯10置於所述內撐模和外夾緊模之間成型為矩形鐵芯10，所述內撐模包括用於鐵芯10內轉角成型的四個角撐20和用於控制矩形鐵芯10邊長的四個撐板21，每個撐板 21支撐在相鄰的兩個角撐20之間組成與成型鐵芯10內孔相同的矩形形狀。將現有技術中固定長度的只能完成單一規格鐵芯10成型的工裝夾具進行了改進，根據成型後矩形鐵芯10的特點，將內孔成型的模具分為角撐20和撐板21，使轉角處的模具與控制長度的模具分體設置，在成型不同規格的矩形鐵芯10時，只需要更換不同長度的撐板21，而不需要將內撐模全部更換，實現了工裝夾具的重複利用。

具體的，所述四個角撐20的結構相同，所述角撐20為拐角為直角的L形立柱，所述L形立柱的外直角處為半徑為R的圓弧面27，且所述圓弧面27兩側與L形立柱的兩外側面均相切，所述L形立柱的兩端部設有撐板21插槽28；所述撐板21為矩形立柱，且矩形立柱兩端設有與撐板21插槽28匹配的插塊，所述插塊插設在插槽28內，且所述插槽28具有限制所述插塊向中心靠攏的限位面。角撐20和撐板21通過插拔的方式進行安裝，簡單快捷，並且通過限位面限制角撐20和撐板21之間的位置關係，保證了內撐模的形狀，提高了矩形鐵芯10的成型精度。本實施例中，撐板21為外長內短的T形撐板21，角撐20是採用兩邊長度相等的L形直角立柱加工而成，將L形直角立柱的外轉角加工成與鐵芯10內孔轉角具有相等半徑R的1/4圓弧面27，並且使圓弧面27與L形直角立柱的兩外側面平滑過渡，並且，L形直角立柱的兩邊的端部外側切掉一個與T形撐板21互補的矩形凹槽，形成用於插接的插槽28。

為了便於使插塊插入插槽28內，所述插槽28和插塊上下兩端的邊緣均設有倒角過渡面。通過倒角過渡面進行限位導向可以實現快速插入。

具體的，所述外夾緊模包括四個L形外角板22、四個外夾板23和用於連接相鄰兩個外角板22的拉緊組件，四個外夾板23依次連接形成與成型鐵芯10外形尺寸匹配的矩形，所述四個L形外角板22分別壓在外夾板23形成的矩形的 四個外轉角上，且L形外角板22兩端分別壓住兩側的外夾板23，所述拉緊組件兩端分別與矩形同一邊上的兩個L形外角板22連接；所述拉緊組件包括花籃螺栓24和設置在L形外角板22端部的凸環25，所述花籃螺栓24兩端的鉤子26勾在矩形同一邊上的兩個L形外角板22的凸環25內。外夾緊模也採用分體的結構，可以通過配置不同長度的外夾板23實現不同規格的矩形鐵芯10的成型；採用花籃螺栓24將相鄰兩個外轉角之間的進行鎖緊，通過花籃螺栓24可以方便調整鎖緊力，並且鎖緊速度快，提高了成型效率。

一種高頻變壓器鐵芯的製造方法，其特徵在於：採用上述的專用模具，具體包括以下步驟，

步驟1：根據鐵芯10要求選擇合適的納米晶帶材、撐板21和外夾板23，然後將n層納米晶帶材在專用卷繞芯模上卷繞成圓環形的鐵芯10，且保證卷繞鐵芯10到制定厚度；同時卷繞的納米晶帶材的層數n≥2，即將納米晶帶材兩兩重疊或兩層以上的帶材重疊同時卷繞。一般製作鐵芯10都是以單層帶材卷繞鐵芯10，本實用新型提出將納米晶帶材兩兩重疊或兩層以上的帶材重疊卷繞，既可以提高卷繞效率、又可以增加鐵芯10的疊片係數，還能夠有利於鐵芯10尺寸的控制。

如圖8所示，所述專用卷繞芯模包括兩個分體設置的模芯和一個固定螺栓32，所述模芯上設有傾斜貼合面，所述模芯貼合面貼合後用螺栓32貫穿固定形成圓形芯模，且螺栓32軸線與所述圓形芯模軸線重合，且貼合面與圓形芯模軸線相交並且具有一定夾角。卷繞芯模為兩個結構相同的分體模芯組合而成，兩個模芯為上模芯31和下模芯30，兩個分體模芯具備採用一個螺栓32穿過固定在底板33上之後即為一個圓模的特點。採用斜切的兩個半模芯，在拆卸掉中心的螺栓32後，傾斜貼合面可以將鐵芯對模芯的徑向力轉換為軸向力，使模芯能 夠快速取出。

步驟2：鐵芯10卷繞好後，從卷繞芯模上取下，然後將鐵芯10大致整形為矩形的形狀，將內撐模的四個角撐20分別放在鐵芯10內孔的四角，並在相鄰兩個角撐20之間對應放入相應尺寸的撐板21，使鐵芯10基本成型；將規定尺寸的外夾板23對應放於基本成型的鐵芯10的四個芯柱外側，然後將四個L形外角板22分別置於鐵芯10的四個外轉角處，L形外角板22邊緣應壓住外夾板23，最後，分別將花籃螺栓24兩頭的鉤子26勾住L形外角板22上的凸環25，鎖緊後鐵芯10成型；

步驟3：將帶有內撐模和外夾緊模的納米晶矩形鐵芯10放入高頻加熱爐均勻加熱，以每分鐘10℃的速率進行升溫，控制爐溫在400℃～600℃，保持三小時後再以20℃每分鐘的速度降溫至100℃，取出熱處理好的磁芯；

步驟4：通過真空含浸設備使鐵芯10完全浸漬在含有固化劑的改性環氧樹脂內，使含有固化劑的改性環氧樹脂充分填充納米晶鐵芯10的層間空隙，含浸完成後取出晾乾磁芯；

步驟5：將磁芯放入烘箱，在80℃-150℃下固化定型8小時，取出冷卻後鐵芯10加工完成。

非晶帶又稱之為非晶態帶材，經過加工處理後可以形成納米晶(超微晶)帶材，也可以仍然是非晶帶材。因此本實用新型的鐵芯和製作方法適用於納米晶(超微晶)帶材，可以用於非晶帶材。

以上述依據本實用新型的理想實施例為啟示，通過上述的說明內容，相關的工作人員完全可以在不偏離本實用新型的範圍內，進行多樣的變更以及修改。本項實用新型的技術範圍並不局限於說明書上的內容，必須要根據權利要求範圍來確定其技術性範圍。