УЗЕЛ ОБМОТКИ С ЖЕСТКИМИ СЕКЦИЯМИ ОБМОТКИ Российский патент 2019 года по МПК H01F27/32 

Изобретение относится к узлу обмотки с некоторым числом секций обмотки, расположенных в осевом направлении на расстоянии друг от друга и электрически соединенных друг с другом с образованием последовательной цепи, причем каждая секция обмотки имеет намотанные один на другой слои обмотки, которые изолированы друг от друга и имеют электрический проводник.

Изобретение также относится к способу изготовления узла обмотки.

Изобретение также относится к трансформатору и дросселю с таким узлом обмотки.

Вышеуказанный узел обмотки известен, например, из ЕР 2 251 877 В1. Раскрытый там узел обмотки состоит из последовательного соединения так называемых дисковых обмоток, которые расположены на расстоянии друг от друга. При изготовлении такой секции обмотки, например, полосовой проводник вместе с изоляционной пленкой наматывается изнутри наружу на формообразующий держатель обмотки и удерживается на нем натяжением намотки.

Известный узел обмотки имеет недостаток, заключающийся в том, что секции обмотки, удерживаемые на держателе только за счет натяжения намотки, могут соскальзывать, так что необходимые по электрическим условиям минимальные расстояния между обмотками больше не выдерживаются.

Таким образом, задачей изобретения является создание узла обмотки и способа вышеуказанного типа, в которых исключается соскальзывание секций обмотки.

Эта задача решается, исходя из вышеуказанного узла обмотки, тем, что слои обмотки жестко соединены между собой с помощью средства соединения слоев.

Исходя из вышеуказанного способа, изобретение решает эту задачу тем, что секции обмотки намотаны путем наматывания слоев обмотки на держатель обмотки, причем слои обмотки имеют изолированные друг от друга электрические проводники, слои обмотки жестко соединены друг с другом с помощью средства соединения слоев, и каждая секция обмотки залита изоляционным материалом, и полученный таким образом узел обмотки нагревается для отверждения изоляционного материала.

Соответствующий изобретению узел обмотки имеет секции обмотки, в которых слои обмотки жестко соединены друг с другом с помощью средства соединения слоев. Средство соединения слоев повышает механическую стабильность секций обмотки. Таким образом, в рамках изобретения предотвращается соскальзывание слоев обмотки после наматывания. В качестве средства соединения слоев может в принципе применяться любое средство соединения, которое может действенным образом соединять друг с другом прилегающие слои обмотки, так что слои обмотки остаются стабильными по форме и не соскальзывают.

Однако в соответствии с предпочтительным вариантом изобретения средство соединения слоев представляет собой отверждаемое полимерное соединение. Для образования полимерного соединения могут рассматриваться любые смолы (полимеры). Смолу наносят, например, в не полностью отвержденном состоянии или, другими словами, в В-состоянии на обе стороны изоляционной пленки. После наматывания, узел обмотки затвердевает, например, под воздействием тепла. Рациональным образом, смола представляет собой эпоксидную смолу.

Рациональным образом, изоляционная пленка, намотанная между проводниками секции обмотки, пропитывается или покрывается средством соединения слоев. Изоляционная пленка может пропитываться или покрываться с одной или предпочтительно с двух сторон средством соединения слоев. Таким образом, пленка, снабженная с обеих сторон средством соединения слоев, склеивает друг с другом проводники, между которыми она была намотана.

Предпочтительным образом, полимерное соединение выполнено по меньшей мере частично в форме точек. Такое соединение в форме точек известно специалистам как ʺромбовидно-точечноеʺ. Оно может изготавливаться легко и быстро и к тому же имеет высокую стабильность.

В соответствии с целесообразным в этом отношении дальнейшим развитием, каждое полимерное соединение выполнено точечным.

В предпочтительном варианте изобретения, секции обмотки, по меньшей мере частично, окружены твердым изолятором обмотки, который состоит из твердого изоляционного материала обмотки. За счет заделывания в твердый изоляционный материал, электрическая прочность узла обмотки повышается. Такой узел обмотки или обмотка сухого трансформатора используются, например, как обмотка высшего напряжения в трансформаторе или дросселе. Для этого, внутри узла обмотки помещается обмотка низшего напряжения, через которую в свою очередь проходит плечо стального (ферромагнитного) сердечника. Ферромагнитный сердечник, образованный из листового железа, имеет более низкое магнитное сопротивление, чем воздух, и служит для направления магнитных полей, которые генерируются узлом обмотки в обмотке высшего напряжения и установленной на ней обмотке низшего напряжения.

Предпочтительным образом, полимерное соединение наносится непосредственно на изоляцию обмотки. Другими словами, предусмотрен слой полимера (смолы).

Кроме того, является предпочтительным, когда обмотка оснащена удерживающими средствами, которые имеют по меньшей мере один удерживающий элемент, который проходит по меньшей мере между двумя секциями обмотки, расположенными рядом друг с другом. Такой удерживающий элемент удерживает секции обмотки, между которыми он проходит, на определенном расстоянии друг от друга, которое задано на основе желательной электрической прочности узла обмотки. Во время работы узла обмотки, к секциям обмотки приложен потенциал высшего напряжения, так что между секциями обмотки имеет место падение напряжения.

В соответствии с целесообразным в этом отношении дальнейшим развитием, каждый удерживающий элемент выполнен в виде плоской вставной полосы. Плоская вставная полоса может при наматывании секций обмотки особенно простым и экономичным образом наматываться между слоями обмотки и соединяться с ними.

Предпочтительным образом, каждый удерживающий элемент состоит из смолы, армированной стекловолокнами. Смола удерживающего элемента является, например, той же смолой, которая используется для изоляции обмотки.

В другом варианте изобретения предусмотрен по меньшей мере один элемент ножки, который соединен с секцией обмотки и выполнен так, чтобы поддерживать весь узел обмотки. Элемент ножки позволяет устанавливать заготовку узла обмотки и, таким образом, выполнять заливку в стоячем положении.

В соответствии с целесообразным в этом отношении дальнейшим развитием, каждый элемент ножки имеет участок изоляционного материала, который состоит из электрически изолирующего изоляционного материала ножек. Участок изоляционного материала обеспечивает необходимую электрическую изоляцию между концом ножки под потенциалом земли и соединенным с секцией обмотки концом обмотки элемента ножки.

Предпочтительным образом, каждая секция обмотки и каждый элемент ножки по меньшей мере частично окружен изолятором обмотки, который состоит из твердого изоляционного материала обмотки, причем коэффициент теплового расширения изоляционного материала обмотки соответствует таковому для изоляционного материала ножек. Таким образом, предотвращается образование трещин в изоляторе обмотки.

Предпочтительным образом, каждая секция обмотки замкнута по окружности, причем секции обмотки расположены так, что они выровнены относительно друг друга. Выровненное расположение в рамках изобретения обеспечивает внутреннюю полость, так что возможно позиционирование обмотки низшего напряжения и/или плеча сердечника.

Рациональным образом, по меньшей мере один удерживающий элемент при наматывании помещается между слоями обмотки, так что он проходит по меньшей мере между двумя секциями обмотки.

Предпочтительным образом, узел обмотки предварительно нагревается после введения удерживающих элементов, однако перед отверждением изоляционного материала. В этом случае препреги затвердевают, так что обеспечивается механически стабильный узел обмотки, который может заливаться в стоячем положении без держателя обмотки. Это позволяет осуществлять формирование изоляции обмотки с более толстой, особенно на ее внутренней стороне, стенкой, так что узел обмотки может применяться при тех же размерах для более высоких напряжений.

Другие целесообразные варианты осуществления и преимущества изобретения являются предметом нижеследующего описания примеров выполнения изобретения со ссылкой на чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции относятся к аналогично действующим компонентам и на которых схематично показано следующее:

Фиг. 1 - пример выполнения соответствующего изобретению узла обмотки в пространственном представлении,

Фиг. 2 - пример выполнения соответствующего изобретению способа и

Фиг. 3 - более детальный вид изоляционной пленки со средством соединения слоев.

Фиг. 1 показывает пример выполнения соответствующего изобретению узла 1 обмотки в соответствии с изобретением в пространственном представлении. Можно видеть, что узел 1 обмотки имеет дисковые обмотки 2a, 2b, …, 2n, расположенные одна над другой по вертикали, то есть здесь в осевом направлении, которые электрически соединены последовательно друг с другом. Дисковые обмотки 2а скреплены одна с другой с помощью удерживающих средств и удерживаются на расстоянии одна от другой. Удерживающие средства имеют удерживающие элементы 4, которые намотаны в секции 2а, 2b, …, 2n обмотки и соединены с ними по плоскости. За счет удерживающих средств 4 могут соблюдаться необходимые по электрическим условиям расстояния. Для последующего применения, заготовка узла 1 обмотки, показанная на фиг. 1, полностью заделывается в твердый изолятор обмотки, который состоит из подходящего изоляционного материала обмотки, например, из подходящей литьевой смолы. Для этого, заготовка узла 1 обмотки, показанная на фиг. 1, помещается в литейную форму, а затем подается жидкий изоляционный материал обмотки, например эпоксидная смола с присадками и наполнителями в жидкой форме. Затем следует отверждение изоляционного материала обмотки под действием тепла, так что обеспечивается полностью заделанная в твердую изоляцию обмотки последовательная цепь дисковых обмоток 2а, 2b, …, 2n. Узел обмотки, изготовленный таким образом, служит затем, например, в качестве обмотки высшего напряжения трансформатора.

На фиг. 1 показана внешняя сторона дисковых обмоток 2a, 2b, …, 2n. В частности, можно видеть, что она имеет средство 5 соединения слоев в форме ромбовидных областей, которые покрыты смолой в B-состоянии. Смола в B-состоянии является еще не полностью отвержденной смолой, которая поэтому имеет открытые места соединения, которые доступны для последующей полной полимеризации. В этом В-состоянии смола обладает адгезионными свойствами.

На фиг. 2 показан пример выполнения соответствующего изобретению способа, при котором изготавливается узел обмотки согласно фиг. 1. Можно видеть, что дисковые обмотки 2a и 2b наматываются на держатель 15 обмотки. Каждая дисковая обмотка 2а и 2b, состоит из слоев 3 обмотки, которые при намотке наматываются изнутри наружу и при этом увеличивают каждую секцию обмотки в радиальном направлении. Каждый слой 3 обмотки имеет полосовой проводник 7, который по отношению к полосовому проводнику нижележащего слоя 3 обмотки изолирован посредством изоляционной пленки 6. Изоляционная пленка 6 выполнена в данном примере выполнения как препрег, обе стороны которого полностью покрыты средствами 5 соединения слоев. Кроме того, можно видеть на фиг. 2, что удерживающее средства, которые состоят из плоской вставной полосы 4, простым способом могут наматываться в секцию 2b обмотки и все другие секции обмотки. Плоская вставная полоса 4 состоит из стекловолокна, которое пропитано смолой, которая также находится в так называемом B-состоянии, следовательно, иными словами, является еще не полностью отвержденной. После наматывания всех секций обмотки или в данном случае, из всех дисковых обмоток 2а, 2b, …, 2n, узел 1 обмотки предварительно нагревают, так что смола в B-состоянии на пленке 6 и препрег 4 отверждаются и, таким образом, обеспечивается механически стабильное соединение как между пленкой 6 и металлическими полосовыми проводниками 7, так и между пленкой 6 и удерживающим элементом 4 или полосовым проводником 7. Затем, держатель 15 обмотки может быть удален, так что обеспечивается свободно стоящий без держателя обмотки узел 1 обмотки, в котором дисковые обмотки 2а, 2b,…, 2n расположены вертикально одна над другой в осевом направлении на расстоянии одна от другой.

На фиг. 3 показан пример выполнения соответствующего изобретению средства 5 соединения слоев на пленке 6, имеющей ромбовидные области, в которых в форме точек нанесена смола 5 в В-состоянии.

Изобретение относится к узлу обмотки. В узле обмотки с ножкой для заливки в стоячем положении, чтобы обеспечить узел (1) обмотки с некоторым числом секций обмотки, расположенных в осевом направлении на расстоянии друг от друга и электрически соединенных друг с другом с образованием последовательной цепи, причем каждая секция обмотки имеет намотанные один на другой слои (3) обмотки, которые изолированы друг от друга и имеют электрический проводник, в котором исключается соскальзывание секций обмотки, предложено, что слои (3) обмотки жестко соединены между собой с помощью средства (5) соединения слоев. Техническим результатом является исключение соскальзывания секций обмотки. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Узел (1) обмотки с расположенными в вертикальном направлении друг над другом секциями (2а, 2b, …, 2n) обмотки, которые расположены на расстоянии друг от друга и электрически соединены друг с другом с образованием последовательной цепи, причем каждая секция (2а, 2b, …, 2n) обмотки имеет намотанные один на другой слои (3) обмотки, которые изолированы друг от друга и имеют электрический проводник,

отличающийся тем, что слои (3) обмотки жестко соединены между собой с помощью средства (5) соединения слоев, причем предусмотрены удерживающие средства с по меньшей мере одним удерживающим элементом (4), который проходит по меньшей мере в две секции (2а, 2b, …, 2n) обмотки, расположенные рядом друг с другом, причем упомянутый удерживающий элемент (4) жестко соединен с секциями (2а, 2b, …, 2n) обмотки, в которые он проходит.

2. Узел (1) обмотки по п.1, отличающийся тем, что средство соединения слоев представляет собой отверждаемое полимерное соединение (5).

3. Узел (1) обмотки по п.2, отличающийся тем, что полимерное соединение (5) выполнено по меньшей мере частично в форме точек.

4. Узел (1) обмотки по п.3, отличающийся тем, что каждое полимерное соединение (5) выполнено в форме точек.

5. Узел (1) обмотки по п.4, отличающийся тем, что полимерное соединение (5) нанесено непосредственно на изоляцию (6) обмотки.

6. Узел (1) обмотки по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что секции (2а, 2b, …, 2n) обмотки, по меньшей мере частично, окружены твердым изолятором обмотки, который состоит из твердого изоляционного материала обмотки.

7. Узел (1) обмотки по п.1, отличающийся тем, что каждый удерживающий элемент выполнен в виде плоской вставной полосы (4).

8. Узел (1) обмотки по п.7, отличающийся тем, что каждый удерживающий элемент (4) состоит из смолы, армированной стекловолокнами.

9. Узел (1) обмотки по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что предусмотрен по меньшей мере один элемент ножки, который соединен с секцией обмотки и выполнен так, чтобы поддерживать весь узел обмотки.

10. Узел (1) обмотки по п.9, отличающийся тем, что каждый элемент ножки имеет участок изоляционного материала, который состоит из электрически изолирующего изоляционного материала ножек.

11. Узел (1) обмотки по п.9 или 10, отличающийся тем, что каждая секция (2а, 2b, …, 2n) обмотки и каждый элемент ножки по меньшей мере частично окружены изолятором обмотки, который состоит из твердого изоляционного материала обмотки, причем коэффициент теплового расширения изоляционного материала обмотки соответствует таковому для изоляционного материала ножек.

12. Узел (1) обмотки по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что каждая секция (2а, 2b, …, 2n) обмотки замкнута по окружности, причем секции обмотки расположены так, что они выровнены относительно друг друга.

13. Способ изготовления узла (1) обмотки по одному из п.п.1-12, при котором

- наматывают секции (2а, 2b, …, 2n) обмотки путем наматывания слоев (3) обмотки на держатель (15) обмотки, причем слои (3) обмотки имеют изолированные друг от друга электрические проводники,

- жестко соединяют между собой слои (3) обмотки,

- заливают каждую секцию (2а, 2b, …, 2n) обмотки изолирующим материалом обмотки и

- полученный таким образом узел (1) обмотки нагревают для отверждения изоляционного материала обмотки,

причем слои (3) обмотки перед отверждением изоляционного материала склеивают между собой посредством не полностью отвержденной смолы (5).

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что вводят по меньшей мере один удерживающий элемент (4) при намотке между слоями (3) обмотки, так что он проходит между по меньшей мере двумя секциями обмотки.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что узел (1) обмотки после введения одного или нескольких удерживающих элементов (4) однако перед отверждением изоляционного материала предварительно нагревают.