ОБМОТКА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБМОТКИ Российский патент 2014 года по МПК H01F5/00 

Изобретение относится к обмотке с намотанным электрическим проводником, при этом электрический проводник имеет электрическую изоляцию. Кроме того, изобретение относится к способу изготовления обмотки.

Изготовление силового трансформатора в виде трансформатора с изоляцией литьевой смолой или в виде распределительного трансформатора для сетей высокого напряжения является требующим больших затрат труда и дорогостоящим процессом. В частности, намотка катушек для обмотки низкого и высокого напряжения возможна в настоящее время лишь в несколько затратных рабочих стадий. Для этого наматываются частичные обмотки из смотанной проволоки на намоточном станке так, что достигается необходимый диаметр обмотки. Затем изготовленные так частичные обмотки соединяют друг с другом с помощью соответствующих соединительных элементов в виде обмотки низкого напряжения или высокого напряжения, как указано, например, в DE 19809572 С2.

В DE 2609548 С2 также приведено описание системы обмотки для силовых трансформаторов с железным сердечником и катушками, при этом размер проводника в осевом направлении соответствует высоте катушки, и все витки каждой катушки включены последовательно, при этом количество витков в каждой катушке уменьшается от середины к концу обмотки.

Кроме того, в DE 3214171 А1 приведено описание силового трансформатора с дроссельной катушкой, при этом дисковая катушка содержит множество витков, в которой включенные последовательно частичные проводники лежат в одной и той же радиальной плоскости относительно плеч сердечника.

В DE 1539623 также приведено описание устройства для создания гомогенных магнитных полей с очень большой силой поля. Магнитный поток рассеяния в наружном пространстве устройства для создания гомогенных магнитных полей расположен между двумя группами параллельных, пропускающих ток в противоположных направлениях проводников, так что наружное магнитное поле практически снижается.

В DE 245748 А1 также приведено описание обмотки с вторичным токопроводом.

Желательно обеспечение возможности изготовления электрической обмотки в виде одной части, поскольку за счет этого исключаются расстояния между частичными обмотками.

Задачей данного изобретения является создание обмотки и способа изготовления обмотки, который обеспечивает изготовление состоящей из одной части катушки.

Задача решена с помощью катушки с признаками пункта 1 формулы изобретения.

Кроме того, задача решена с помощью способа с признаками пункта 11 формулы изобретения.

Согласно изобретению предусмотрено, что на носителе расположено по меньшей мере два электрических проводника, при этом электрические проводники изолированы относительно друг друга, и носитель имеет изогнутую форму. Носитель в виде проводящей ленты посредством деформации с помощью соответствующего устройства имеет такую форму, что радиус для готовой обмотки обеспечивается за счет деформированной так несущей ленты. За счет этого можно изготавливать обмотку в виде непрерывной, выполненной в виде одной части катушки, так что отпадает необходимость электрического соединения с обычно необходимыми частичными обмотками катушки. Предпочтительно, за счет этого уменьшаются до минимума нагрузки по напряжению между отдельными обмотками, так что можно изготавливать, в частности, стойкие к высокому напряжению обмотки.

За счет этого отпадает необходимость также в необходимом в прошлом отматывании электрического проводника, в частности, медной или алюминиевой проволоки, и последующем трудоемком наматывании электрического проводника на тело обмотки. За счет возможности расположения электрических проводников относительно друг друга на носителе, можно очень точно и определенно задавать нагрузку по напряжению и электрическое взаимодействие электрических проводников.

В одном предпочтительном варианте выполнения обмотки предусмотрено, что носитель выполнен в форме цилиндрической спирали в виде винтовой линии, соответственно, завитка и тем самым обеспечивает возможность изготовления состоящего из одной части электрического проводника. Как раз за счет спиральной формы носителя обеспечивается возможность изготовления соответствующей катушки практически бесконечным образом, так что единственным ограничительным фактором при изготовлении обмотки являются лишь различные радиусы обмоток и/или осевая длина.

Предпочтительно, несущий элемент выполнен в виде состоящего из одной части диска, при этом несущий элемент можно комбинировать с помощью выемок и/или соединительных элементов с другими несущими элементами с образованием носителя. На основании возможной модульной конструкции носителя, состоящего из несущих элементов, можно в рамках процесса изготовления быстро и просто создавать носитель.

В одном предпочтительном варианте выполнения обмотки предусмотрено, что носитель можно разделять с помощью лазерной обработки на электрически проводящие зоны в качестве электрических проводников и электрически изолирующие зоны в качестве изоляции. Кроме того, предусмотрено, что носитель можно разделять с помощью гальванической обработки на электрически проводящие зоны в качестве электрических проводников и электрически изолирующие зоны в качестве изоляции. Таким образом, с помощью лазерной и/или гальванической обработки носителя можно задавать отдельные электрически проводящие и электрически изолирующие зоны и за счет этого задавать соответствующую обмотку на носителе. Необходимые при этом рабочие способы и способы обработки обеспечивают простое и определенное изготовление электрически изолирующих и электрически проводящих зон. В качестве альтернативного решения, возможна также механическая обработка носителя для создания проводящих и/или не проводящих зон.

Кроме того, предпочтительно предусмотрено, что в носителе для ввода электрически проводящих материалов, в частности, углеродных нанотрубок, имеются выемки, при этом электрически проводящие материалы задают электрический проводник. За счет введения электрически проводящих материалов в предварительно заданные в носителе выемки можно быстро и просто задавать и изготавливать электрические проводящие полосы. Для обеспечения достаточной изоляции между отдельными сегментами носителя предусмотрено, что между отдельными сегментами носителя во время процесса изготовления наносится изоляционная пленка.

Для выравнивания возможных различных нагрузок по напряжению в различных сегментах обмотки, соответственно, носителя предусмотрено, что ширина и/или поперечное сечение электрических проводников изменяется в зависимости от места расположения на носителе. За счет изменения ширины и/или поперечного сечения электрического проводника можно с помощью конструктивных мер компенсировать электрические нагрузки, в частности, нагрузки по напряжению. Можно также на основании образования тепла внутри обмотки и/или носителя изменять количество и/или размеры проводников в определенных сегментах обмотки так, что обеспечивается почти одинаковая тепловая нагрузка в обмотке. С помощью имеющего неизменное поперечное сечение обычного электрического проводника такой вид технического изготовления невозможен.

Электрические проводники расположены на носителе параллельно друг другу. Кроме того, носитель может предпочтительно состоять из электрически изолирующего материала.

Согласно изобретению, предусмотрен также способ изготовления обмотки, при этом на носителе располагают по меньшей мере два электрических проводника, при этом электрические проводники изолированы друг от друга, а носитель изгибают в изогнутую форму. Предпочтительно, носитель выполняют в форме цилиндрической спирали, при этом радиус образованной так спиральной формы соответствует радиусу обмотки.

Другие предпочтительные варианты выполнения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения. Ниже изобретение поясняется подробней на основании некоторых примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг.1 - обмотка, в изометрической проекции;

фиг.2 - носитель с четырьмя электрическими проводниками, на виде сверху;

фиг.3 - носитель, состоящий из двух несущих элементов, на виде сверху;

фиг.4 - носитель спиральной формы, в изометрической проекции.

На фиг.1 показана в изометрической проекции обмотка 1. В показанном на фиг.1 примере на носитель 2 нанесен электрический проводник 3а, 3b, 3c, 3d (не изображен) и по меньшей мере частично электрическая изоляция 4а, 4b, 4c. Носитель 2 имеет изогнутую форму, которая соответствует радиусу обмотки 1. Электрическая изоляция 4а, 4b, 4c в показанном на фиг.1 примере обеспечивается с помощью оболочки 5 из литой смолы. Таким образом, существует возможность расположения на носителе 2 соответствующих электрических проводников 3а, 3b, 3c, 3d и полного окружения носителя 2 оболочкой 5 из литой смолы в последующем процессе изготовления. Таким образом, на основании изоляционных свойств оболочки 5 из литой смолы, оболочка 5 из литой смолы выполняет функцию электрической изоляции 4а, 4b, 4c.

На фиг.2 показан на виде сверху носитель 2 с четырьмя электрическими проводниками 3а, 3b, 3c, 3d. Между соответствующими электрическими проводниками 3а, 3b, 3c, 3d на носителе 2 расположена электрическая изоляция 4а, 4b, 4c. Существует, с одной стороны, возможность нанесения электрических проводников 3а, 3b, 3c, 3d на состоящий из изоляционного материала носитель 2. В этом случае полые пространства между проводниками 3а, 3b, 3c, 3d автоматически электрически изолированы и имеют соответствующие изоляционные зоны 4а, 4b, 4c. С другой стороны возможно также, что носитель 2 состоит из электрически проводящего материала, и с помощью целенаправленных рабочих способов зоны между отдельными проводниками 3а, 3b, 3c, 3d изменяют так, что они имеют электрически изоляционные свойства и тем самым представляют электрическую изоляцию 4а, 4b, 4c.

На фиг.3 показан на виде сверху носитель 2, состоящий из двух несущих элементов 6а, 6b. Носитель имеет два электрических проводника 3а, 3b, которые расположены параллельно друг другу. Между электрическими проводниками 3а, 3b расположена электрическая изоляция 4а. Носитель 2 состоит из двух несущих элементов 6а, 6b, которые можно комбинировать друг с другом с помощью соответствующих соединительных элементов 7а, 7b с образованием одного носителя. Соединительные элементы 7а, 7b имеют, в частности, такую форму, которая обеспечивает простое, прочное и постоянное соединение. В частности, сюда входят соответствующие друг другу формы, такие как, соответственно, соединения в форме ласточкина хвоста. С помощью указанных соединительных элементов 7а, 7b обеспечивается также возможность обычного соединения, такого как свинчивание или сварка. Можно образовывать соответствующие круговые сегменты носителя 2, которые имеют соответствующее вертикальное соединение с расположенными выше, соответственно, ниже несущими элементами носителя 2. Кроме того, можно с помощью несущих элементов 6а, 6b задавать носитель 2 в форме цилиндрической спирали и тем самым изготавливать практически бесконечно проходящую обмотку 1.

На фиг.4 показан в изометрической проекции носитель 2 в форме спирали. Предпочтительно, с помощью этой формы носителя можно задавать практически бесконечно длинную катушку. За счет этого обеспечивается возможность изготовления обмотки 1 независимо от соответствующих частичных обмоток, что значительно ускоряет процесс изготовления и делает его более дешевым.

С помощью способа, согласно данному изобретению, обеспечивается то преимущество, что обмотку 1 можно изготавливать в виде непрерывной, состоящей из одной части катушки. Тем самым отпадает необходимость изготовления отдельных катушек, соответственно, частичных обмоток, которые затем лишь с большим трудом необходимо соединять в обмотку 1. Необходимые при этом электрические соединения отрицательно сказываются на характеристике мощности соответствующей обмотки 1. Кроме того, можно отказаться от радиальных охлаждающих каналов, что обеспечивает относительно небольшую обмотку 1 по сравнению с обычными обмотками. Кроме того, можно внутри всей обмотки 1 высчитывать возможную нагрузку по напряжению между отдельными сегментами витков и полностью исключать места повышенной нагрузки по напряжению с помощью соответствующих технологических мер намотки. Таким образом, в частности, направление электрического проводника 3а, 3b, 3c, 3d на носителе, а также ширину и/или поперечное сечение электрических проводников 3а, 3b, 3c, 3d можно целенаправленно изменять и тем самым минимизировать нагрузку по напряжению с помощью технологии изготовления. За счет этого обеспечивается возможность изготовления обмоток 1 с более высокой стойкостью к напряжению по сравнению с известными до настоящего времени обмотками.

Изобретение относится к обмотке для трансформатора с намотанным электрическим проводником, при этом электрический проводник имеет электрическую изоляцию. Кроме того, изобретение относится к способу изготовления обмотки. За счет применения носителя, который предназначен для размещения на нем электрического проводника и который электрически изолирован, можно изготавливать обмотку в виде одной части. Носитель выполнен, в частности, в форме цилиндрической спирали в виде винтовой линии и имеет изогнутую формулу, что обеспечивает тем самым изготовление практически не ограниченной, непрерывной и состоящей из одной части, обмотки катушки. Одновременно можно, в зависимости от места расположения на носителе электрического проводника, изменять поперечное сечение и/или его ширину. Предложенная обмотка для трансформатора обеспечивает снижение нагрузки по напряжению между отдельными обмотками катушки, что позволяет ее использовать в высоковольтных устройствах. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Обмотка (1) для трансформатора с намотанным электрическим проводником (3а, 3b, 3c, 3d), при этом электрический проводник (3а, 3b, 3c, 3d) имеет по меньшей мере частично электрическую изоляцию (4а, 4b, 4с), отличающаяся тем, что на носителе (2) расположено по меньшей мере два электрических проводника (3а, 3b, 3c, 3d), при этом электрические проводники (3а, 3b, 3c, 3d) изолированы относительно друг друга, и носитель (2) имеет изогнутую форму, причем обмотка (1) выполнена в виде непрерывной, состоящей из одной части катушки.

2. Обмотка (1) по п.1, отличающаяся тем, что носитель (2) выполнен в форме винтовой линии и тем самым обеспечивает возможность изготовления состоящего из одной части электрического проводника (3а, 3b, 3с, 3d).

3. Обмотка (1) по п.1, отличающаяся тем, что носитель (2) состоит из несущих элементов (6а, 6b), причем несущий элемент (6а, 6b) выполнен в виде состоящего из одной части диска, при этом несущий элемент (6а, 6b) можно комбинировать с помощью выемок и/или соединительных элементов (7а, 7b) с другими несущими элементами (6а, 6b) с образованием носителя (2).

4. Обмотка (1) по п.2, отличающаяся тем, что носитель (2) состоит из несущих элементов, причем несущий элемент (6a, 6b) выполнен в виде состоящего из одной части диска, при этом несущий элемент (6a, 6b) можно комбинировать с помощью выемок и/или соединительных элементов (7а, 7b) с другими несущими элементами (6a, 6b) с образованием носителя (2).

5. Обмотка (1) по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что носитель (2) можно разделять с помощью лазерной обработки на электрически проводящие зоны в качестве электрических проводников (3а, 3b, 3с, 3d) и электрически изолирующие зоны в качестве изоляции (4а, 4b, 4с).

6. Обмотка (1) по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что носитель (2) можно разделять с помощью гальванической обработки на электрически проводящие зоны в качестве электрических проводников (3а, 3b, 3с, 3d) и электрически изолирующие зоны в качестве изоляции (4а, 4b, 4с).

7. Обмотка (1) по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что в носителе (2) для ввода электрически проводящих материалов, в частности, углеродных нанотрубок, имеются выемки (8), при этом электрически проводящие материалы задают электрический проводник (3а, 3b, 3с, 3d).

8. Обмотка (1) по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что носитель (2) состоит из отдельных сегментов, причем между отдельными сегментами носителя (2) во время процесса изготовления предусмотрена возможность нанесения изоляционной пленки.

9. Обмотка (1) по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что ширина и/или поперечное сечение электрических проводников (3а, 3b, 3с, 3d) может изменяться в зависимости от места расположения на носителе (2).

10. Обмотка (1) по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что электрические проводники (3а, 3b, 3с, 3d) расположены на носителе (2) параллельно друг другу.

11. Обмотка (1) по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что носитель (2) состоит из электрически изолирующего материала.

12. Способ изготовления обмотки (1) для трансформатора с намотанным электрическим проводником (3а, 3b, 3с, 3d), при этом электрический проводник (3а, 3b, 3с, 3d) имеет электрическую изоляцию (4а, 4b, 4с), отличающийся тем, что на носителе (2) располагают по меньшей мере два электрических проводника (3а, 3b, 3с, 3d), при этом электрические проводники (3а, 3b, 3с, 3d) изолированы друг от друга, а носитель (2) изгибают в изогнутую форму, причем обмотку (1) выполняют в виде непрерывной, состоящей из одной части катушки.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что носитель (2) выполняют в форме винтовой линии, при этом радиус винтовой линии соответствует радиусу обмотки (1).

14. Способ по любому из пп.12 или 13 для изготовления обмотки (1) по любому из пп.1-11.