立体三角卷铁心非晶变压器线圈的直绕式成型装置及工艺的制作方法

本技术涉及变压器制造的，尤其是涉及立体三角卷铁心非晶变压器线圈的直绕式成型装置及工艺。

背景技术：

1、立体卷铁心变压器是一种节能型电力变压器，具有节电效果好、噪音低、散热和过载能力强等优点。非晶合金铁芯在提高变压器产品能效方面具有显著优势，其空载损耗比常规的硅钢卷铁芯可降低50%以上。非晶合金采用立体卷铁心的方式应用于变压器已得到国家政策的明确支持。

2、在立体三角卷铁心非晶变压器的线圈绕制过程中，需要在铁心的各个芯柱上套设绝缘筒（又称绝缘骨架、环氧筒）。绝缘筒既作为铁心与线圈之间的主绝缘层，又作为线圈绕制的支撑骨架。绕线时，绝缘筒由安装于其两端的绕线齿轮盘带动旋转，铜箔或电磁线在张紧状态下逐层缠绕于绝缘筒的外壁。

3、由于立体卷铁心为闭口式铁心，无法直接在铁心柱上套入完整的圆筒形绝缘筒，因此现有技术中的绝缘筒通常采用分瓣式结构——由两个或两个以上的半圆弧板拼接而成。例如，现有的一种绝缘筒包括两个半圆弧板状的第一筒壳和两个半圆弧板状的第二筒壳，通过侧壁相互抵接拼合成圆筒。两个第一筒壳的连接处和两个第二筒壳的连接处相错设置，以提高结构强度。也有方案采用两瓣非晶合金骨架绝缘筒对位设置，在对接缝处涂覆绝缘胶水进行粘接。

4、在绕线过程中，绝缘筒内壁与铁心心柱表面之间需预留间隙，二者并不贴合。这一设计虽然避免了绝缘筒与铁心之间的摩擦损伤，但也导致绝缘筒在径向上缺乏有效支撑。在绕线过程中，导线施加于绝缘筒外壁的径向压力和绕线张力，加之绝缘筒自身旋转产生的离心力，容易使薄壁绝缘筒发生径向变形（如椭圆化、局部凹陷等），从而导致线圈圆度下降、层间绝缘距离不均，严重影响线圈的电气性能和机械强度。尤其对于非晶合金变压器，其铁心材料对机械应力极为敏感，绝缘筒变形后可能挤压铁心，引起铁心损耗增大甚至性能劣化。

技术实现思路

1、本技术提供立体三角卷铁心非晶变压器线圈的直绕式成型装置及工艺，旨在解决相关技术中绝缘筒转动过程中出现跳动的问题。

2、本技术提供的立体三角卷铁心非晶变压器线圈的直绕式成型装置采用如下的技术方案：

3、第一方面：

4、立体三角卷铁心非晶变压器线圈的直绕式成型装置，包括机架、套设在三角铁芯上的绝缘筒以及设置在机架上的驱动组件，所述驱动组件用于驱动绝缘筒转动，所述机架上还设置有夹持组件，所述夹持组件为三爪卡盘，所述夹持组件用于对三角铁芯进行夹持固定；所述机架上设置有支撑组件，所述支撑组件上设置有限位组件；所述支撑组件用于对绝缘筒进行支撑，使绝缘筒的内壁与铁芯的表面间隙设置；所述限位组件用于对驱动组件进行限位，使两组驱动组件对绝缘筒进行夹紧。

5、通过采用上述技术方案，支撑组件对绝缘筒进行支撑，使绝缘筒的内壁与铁芯表面保持间隙、互不接触，避免绕线过程中绝缘筒与铁芯之间发生摩擦损伤；同时通过限位组件对驱动组件进行轴向限位，使两组驱动组件从绝缘筒的两端对其进行夹紧，有效约束绝缘筒在绕线过程中的轴向窜动和径向跳动，保证绕线精度和线圈质量。尤其对于非晶合金铁芯，避免了因绝缘筒晃动挤压铁芯而导致的铁芯损耗增大和磁性能劣化。

6、可选的，所述绝缘筒设置为两部分，每部分均设置为弧形结构，两个半弧形拼接后形成一个中空的圆柱结构，用于套设在铁芯上。

7、通过采用上述技术方案，绝缘筒采用分瓣式弧形结构设计，两个半弧形部分可从铁芯的两侧分别套入后再进行拼接，完美适配闭口式立体三角铁芯无法直接穿入完整圆筒的特性，降低了安装难度，提高了装配效率。

8、可选的，所述夹持组件设置两组，两组夹持组件用于夹持三角铁芯的两端；所述驱动组件、限位组件和支撑组件也设置两组，分别设置在绝缘筒的两端。

9、通过采用上述技术方案，两组夹持组件从三角铁芯的两端对其进行夹持固定，确保铁芯在绕线全过程中保持位置稳定；两组驱动组件、限位组件和支撑组件从绝缘筒的两端同步施加驱动力和限位力，使绝缘筒两端受力均衡，避免因单侧驱动导致的绝缘筒偏斜和受力不均，进一步提升绕线稳定性和线圈圆度。

10、可选的，所述驱动组件包括主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮通过驱动轴转动连接在机架上；所述从动齿轮包括第一驱动部和第二驱动部，第一驱动部和第二驱动部均设置为弧形结构，拼接后构成从动齿轮。

11、通过采用上述技术方案，从动齿轮采用第一驱动部和第二驱动部拼接而成的分体式结构，两个弧形部分可从绝缘筒端部的两侧分别卡合安装，解决了闭口式立体三角铁芯上无法套入完整环形齿轮的难题；拼接式结构使得从动齿轮的安装和拆卸均十分便捷，大幅提高了绕线过程中的换型效率。同时，齿轮啮合传动方式具有传动比精确、无打滑的优点，保证了绝缘筒转速与主动齿轮转速的精确同步。

12、可选的，所述第一驱动部上设置有插接板，第二驱动部上设置有插接槽，插接板用于对第二驱动部进行限位，通过插接板以螺栓连接第一驱动部和第二驱动部；

13、在从动齿轮背离插接槽的一侧设置有限位槽，在第一驱动部和第二驱动部拼接后，限位槽为环形结构，用于供绝缘筒的端部插接到限位槽内。

14、通过采用上述技术方案，插接板与插接槽的配合结构在第一驱动部和第二驱动部拼接时起到导向和限位作用，确保两个弧形部分拼接位置准确、对位精确；螺栓连接方式保证了拼接后的从动齿轮具有足够的结构强度，能够承受绕线过程中的传动扭矩而不发生松脱。限位槽与绝缘筒端部的插接配合实现了从动齿轮与绝缘筒之间的周向传动连接——从动齿轮转动时通过限位槽带动绝缘筒同步转动，同时限位槽的两侧壁对绝缘筒端部形成轴向约束，进一步限制绝缘筒的轴向窜动。

15、可选的，所述支撑组件包括滑动连接在机架上的支撑架、转动连接在支撑架上的支撑轴、固定在支撑轴上的支撑轮以及固定在从动齿轮上的支撑环；所述支撑环设置为分体结构，支撑环由两个弧形板构成，每个弧形板分别固定在第一驱动部和第二驱动部上，且设置在从动齿轮设置有插接槽的一侧；在第一驱动部和第二驱动部拼成一个齿轮后，两个弧形板也构成支撑环。

16、通过采用上述技术方案，支撑环采用与从动齿轮同步的分体式结构，两个弧形板分别固定在第一驱动部和第二驱动部上，随从动齿轮一同拼接和拆卸，无需单独安装。支撑轮与支撑环之间为滚动接触，相较于滑动摩擦，滚动摩擦阻力极小，不会对从动齿轮的转动产生额外的阻力。同时，支撑轮从外部对支撑环进行支撑，通过支撑架将支撑力传递至机架，使从动齿轮和绝缘筒的径向载荷由机架承担，避免载荷传递至脆弱的非晶铁芯上，有效保护铁芯不受挤压损伤。

17、可选的，所述支撑轴和支撑轮设置三个，三个支撑轮沿支撑环的周向均匀间隔设置，且支撑轮抵接在支撑环表面。

18、通过采用上述技术方案，三个支撑轮沿支撑环周向间隔120°均匀布置，构成三点定心支撑体系。三点定心是机械领域中最稳定的圆周定位方式之一，能够从三个方向同时对支撑环施加均匀的径向支撑力，有效抑制从动齿轮和绝缘筒在绕线过程中因离心力、绕线张力不均等因素产生的径向跳动。三点支撑在保证定位精度的同时避免了过约束导致的装配困难，使绝缘筒在高速旋转时始终保持稳定的回转中心，保证线圈圆度。

19、可选的，所述限位组件包括固定在支撑环上的限位环，限位环上设置有安装槽，安装槽内安装有第一磁体；在支撑轮靠近限位环的一侧设置有第二磁体，第一磁体和第二磁体相对一侧设置为同极。

20、通过采用上述技术方案，利用同极磁体相斥的原理实现从动齿轮的轴向限位，具有以下突出效果：非接触式限位——第一磁体与第二磁体之间无物理接触，彻底消除了传统机械限位结构（如限位台阶、定位螺杆、挡边）因接触摩擦产生的磨损问题，限位精度不会因长期使用而下降；自适应限位——磁斥力遵循库仑定律，随距离减小呈平方反比增大，当绕线过程中绝缘筒产生轴向窜动趋势时，磁斥力自动增大以抵抗窜动，实现越偏越纠的自适应限位效果；无需外部动力源——永磁体自身产生稳定磁场，无需供电或供气即可持续工作，节能且可靠；具有缓冲作用——磁力悬浮具有天然的弹性缓冲特性，可吸收绕线过程中的轴向冲击和振动，使绕线过程更加平稳。

21、可选的，三个支撑轴中的其中一个支撑轴与三角铁芯横截面的三角形重心同轴设置。

22、通过采用上述技术方案，支撑轴穿设在三爪卡盘上，在三角铁芯转动换位过程中（每次转动120°），该支撑轴与三角铁芯的三角形重心始终保持同轴关系，使得三角铁芯的三个芯柱在依次转动至绕线工位时，支撑轮与支撑环之间的相对位置关系保持一致，无需在每次换位后重新调整支撑架的位置。这一设计极大简化了换位操作流程，提高了三芯柱依次绕线的效率，同时保证了三个芯柱绕线时支撑条件的一致性，使三个线圈的质量均匀统一。

23、第二方面：

24、立体三角卷铁心非晶变压器线圈的直绕式成型工艺，包括以下步骤：

25、步骤一：将三角铁芯通过两组三爪卡盘夹持固定于机架上；

26、步骤二：将分瓣式绝缘筒的两个半弧形部分套设在三角铁芯的芯柱上，拼接形成中空的圆柱结构；

27、步骤三：将从动齿轮的第一驱动部和第二驱动部分别从两侧卡合在绝缘筒的端部，使绝缘筒的端部插接入限位槽内，通过插接板和螺栓将第一驱动部和第二驱动部固定连接，同时支撑环的两个弧形板拼接完成；

28、步骤四：驱动支撑架沿绝缘筒轴线向靠近从动齿轮的方向移动，使支撑轮抵接在支撑环的外表面；

29、步骤五：驱动轴带动主动齿轮转动，主动齿轮带动从动齿轮转动，从动齿轮带动绝缘筒转动，铜线在绝缘筒上绕设形成线圈；

30、步骤六：第一磁体与第二磁体之间同极相斥产生的磁斥力推动从动齿轮向绝缘筒方向移动，使绝缘筒两端的两个从动齿轮对绝缘筒形成轴向夹紧；

31、步骤七：当一个芯柱绕线完成后，停止驱动电机，三爪卡盘带动三角铁芯转动120°，将下一个芯柱转动至绕线工位，重复步骤二至步骤六。

32、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

33、1、通过设置支撑组件，在从动齿轮上固定分体式支撑环，并采用三个沿支撑环周向均匀间隔布置的支撑轮从三个方向对支撑环进行滚动支撑，构成三点定心支撑体系。三个支撑轮同时对从动齿轮和绝缘筒施加均匀的径向支撑力，有效抑制了绕线过程中因离心力、绕线张力不均等因素产生的径向跳动，使绝缘筒在高速旋转时始终保持稳定的回转中心，显著提升了线圈的圆度精度和层间绝缘均匀性。同时，支撑轮的滚动接触方式摩擦阻力小，且径向支撑力通过支撑架传递至机架，避免了载荷传递至脆弱的非晶合金铁芯上，有效保护铁芯不受挤压损伤，保证非晶变压器的空载损耗性能稳定。

34、2、通过设置限位组件，在支撑环上固定限位环并嵌装第一磁体，在支撑轮端面设置第二磁体，第一磁体与第二磁体相对一侧设置为同极，利用同极磁体相斥的原理实现从动齿轮的轴向限位。该限位方式具有以下突出效果：一是非接触式限位，彻底消除了传统机械限位结构因接触摩擦产生的磨损问题，限位精度长期稳定不衰减；二是自适应限位，磁斥力随第一磁体与第二磁体之间距离的减小而平方反比增大，当绕线过程中绝缘筒产生轴向窜动趋势时，磁斥力自动增大以抵抗窜动，实现越偏越纠的自适应轴向夹紧；三是无需外部动力源，永磁体自身产生稳定磁场，节能且可靠；四是磁力悬浮具有天然的弹性缓冲特性，可吸收绕线过程中的轴向冲击和振动，使绕线过程更加平稳，进一步保证线圈绕制质量。