УЗЕЛ ОБМОТКИ
WINDING ASSEMBLY

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, которые, соответственно, имеют проводник, который намотан от внутреннего конца к внешнему концу соответствующей секции обмотки и при этом увеличивает секцию обмотки в радиальном направлении, причем по меньшей мере одна секция обмотки на своем внешнем конце электрически соединена с внутренним концом следующей в осевом направлении секции обмотки.
Изобретение также относится к трансформатору и катушке или дросселю с таким узлом обмотки.
Подобные узел обмотки известен, например, из ЕР 2 251 877 В1. Раскрытый там узел обмотки состоит из последовательно включенных так называемых дисковых обмоток, которые расположены на расстоянии друг от друга. При этом внешний конец каждой дисковой обмотки соединен с внутренним концом соответствующей дисковой обмотки, расположенной смежно в осевом направлении. Таким образом, при изготовлении целой обмотки, проводник в каждой дисковой обмотке всегда наматывается изнутри наружу на формообразующую катушку. Это упрощает изготовление узла обмотки и, как следствие, снижает затраты. Недостатком, однако, является то, что промежуточный участок проводника, который проходит между дисковыми обмотками, должен перекрывать не только осевое расстояние смежных дисковых обмоток, но также и радиальную протяженность обмотки. Поэтому смежные дисковые обмотки должны быть расположены на большом расстоянии друг от друга, чтобы освободить место для упомянутого промежуточного участка.
Кроме того, на практике известны так называемые перевернутые обмотки. В перевернутых обмотках внешний конец дисковой обмотки соединен с внешним концом следующей в осевом направлении дисковой обмотки, причем он намотан снаружи внутрь. Однако изменение направления намотки в производстве является сложным и приводит к дополнительным затратам.
Задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить узел обмотки вышеуказанного типа, который является экономичным в изготовлении, и в котором секции обмотки расположены на относительно малом расстоянии друг от друга.
Изобретение решает эту задачу тем, что по меньшей мере одна следующая в осевом направлении секция обмотки образует ступенчатую область, в которой ее внутренний конец расположен в радиальном направлении на высоте внешнего конца секции обмотки, с которой она электрически соединена.
В соответствии с изобретением обеспечен узел обмотки, в котором соединение одной секции обмотки с соответствующей смежной секцией обмотки реализуется за счет простого изгибания проводника, не требуя того, чтобы проводник был проведен на большие расстояния между смежными секциями обмотки. При этом все секции обмотки имеют одно и то же направление намотки. Направление намотки, таким образом, не изменяется в рамках изобретения. Весь узел обмотки предпочтительно состоит из одного намотанного проводника. Этот непрерывный проводник намотан таким образом, что выполняются секции обмоток, которые расположены в осевом направлении последовательно одна за другой. За счет спирального наматывания проводника с определенными интервалами формируются секции обмотки. В секциях обмотки взаимно изолированные пути проводника примыкают друг к другу и увеличивают с увеличением числа витков секцию обмотки в направлении, которое здесь обозначается как радиальное направление. За счет наматывания образуются замкнутые по окружности секции обмотки, которые ограничивают внутреннее пространство секции. Внутренние пространства секций обмотки выровнены по меньшей мере частично в осевом направлении, так что стопка секций обмотки определяет внутренний контур, который далее упоминается как внутреннее пространство катушки.
Для того чтобы проводник или участок проводника, соединяющий секции обмотки между собой, выполнить по возможности коротким и компактным, каждая секция обмотки, за исключением первой секции обмотки последовательной цепи, образует эксцентрическую ступенчатую область, в которой ее внутренний слой обмотки имеет большее расстояние до воображаемой центральной оси внутреннего пространства обмотки, чем вне ступенчатой области. Это увеличенное по сравнению с другими участками расстояние соответствует расстоянию между внутренним и внешним концом смежной секции обмотки, таким образом, соответствует, другими словами, толщине обмотки. Поэтому внешний проводник должен проводиться только поперечно, то есть в осевом направлении, от внешнего слоя обмотки соответствующей секции обмотки к внутреннему слою обмотки смежной секции обмотки. В упомянутой ступенчатой области изогнутый таким образом проводник служит тогда в качестве внутреннего слоя обмотки упомянутой смежной секции обмотки. За счет поднятия внутреннего слоя обмотки на уровень внешнего слоя обмотки в ступенчатой области, участок проводника или проводник между секциями обмотки может быть выполнен коротким, так что расстояние между секциями обмотки также может быть уменьшено.
Предпочтительным образом, за исключением первой секции обмотки последовательной цепи, каждая секция обмотки образует ступенчатую область. В соответствии с этим вариантом изобретения, первая секция обмотки образует так называемое начало узла обмотки, через которое узел обмотки соединен, например, с фазным вывом трансформатора или дросселя. Внешний конец первой секции обмотки тогда соединен в ступенчатой области с внутренним концом последующей в осевом направлении секции обмотки, так что последняя является тогда первой секцией обмотки, которая имеет ступенчатую область. Это относится соответственно к последующим в осевом направлении секциям обмотки.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, каждая секция обмотки имеет выполненную в форме диска дисковую обмотку. В дисковой обмотке отдельные слои обмотки намотаны точно один на другой, так что они проходят в форме диска практически в одном общем слое или ''плоскости''. В соответствии с этим предпочтительным вариантом, узел обмотки выполнен еще более компактным.
Предпочтительным образом, каждая дисковая обмотка выполнена замкнутой по окружности и ограничивает внутреннее пространство секции. Внутренние пространства секций дисковых обмоток перекрываются в стопке, которая образуется в результате расположения дисковых обмоток рядом в осевом направлении, так что обеспечивается пространство для плеча сердечника трансформатора или дросселя.
Поэтому в этом варианте каждая дисковая обмотка образует за пределами ступенчатой области кольцевую секцию в форме круга. Это позволяет, при изготовлении соответствующего изобретению узла обмотки применять корпус в форме кругового цилиндра, на который могут наматываться секции обмотки. Это уменьшает затраты на изготовление.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, дисковые обмотки, расположенные рядом друг с другом в осевом направлении, образуют внутреннее пространство в форме кругового цилиндра, которое имеет центральную ось, причем первый слой обмотки каждой из дисковых обмоток в ступенчатой области имеет большее расстояние до центральной оси, чем в кольцевой области. Внутренние пространства в форме кругового цилиндра обмотки обеспечивают возможность позиционирования обычного плеча ярма, не требуя никакой адаптации, сопряженной с дополнительными трудозатратами.
Рациональным образом, середина ступенчатой области каждой дисковой обмотки образует с серединой ступенчатой области непосредственно смежной дисковой обмотки относительно центральной оси угол α. Этот поворот ступенчатых областей относительно центральной оси необходим, чтобы внешний слой обмотки дисковых обмоток приводить к радиальному уровню или радиальной высоте первого слоя обмотки соответствующей последующей дисковой обмотки.
В соответствии с относящимся к этому дальнейшим развитием, каждая дисковая обмотка расположена выровненным образом по отношению к соответствующей следующей (через одну) дисковой обмотке. Согласно этому варианту, весь узел обмотки образует только в двух местах эксцентрические выпуклости. Это также упрощает настройку узла обмотки и последующее обращение с ним.
Предпочтительным образом, угол α составляет 180 градусов. В соответствии с этим вариантом, выпуклости лежат напротив друг друга на разных сторонах узла обмотки. В качестве альтернативы, угол α находится в диапазоне от 10 до 30 градусов. В соответствии с этим вариантом изобретения обе выпуклости расположены на одной стороне узла обмотки, например, спереди. Таким образом, можно ограничить свободное пространство проводников, которое служит для размещения подводящих или отводящих линий.
В принципе, любой тип проводников может использоваться в рамках изобретения. Например, проводник представляет собой вытянутый проволочный проводник или плоский пленочный проводник.
Предпочтительным образом проводник представляет собой выполненный в форме полосы полосовой проводник. В качестве материала полосового проводника может быть выбрана, например медь или предпочтительно алюминий, при этом проводник или здесь полосовой проводник окружен изоляционным слоем по меньшей мере на участках. Изоляционный слой может представлять собой, например, слой лака или изоляционную пленку. Изоляционная пленка укладывается при наматывании между следующими друг за другом слоями обмотки.
В соответствии с целесообразным в этом отношении вариантом осуществления, полосовой проводник дважды изогнут в ступенчатой области. За счет двойного изгиба полосовой проводник может направляться особенно простым образом в осевом направлении от соответствующей одной секции обмотки к следующей секции обмотки.
Предпочтительным образом узел обмотки является частью трансформатора или катушки или дросселя.
Другие рациональные варианты осуществления и преимущества изобретения являются предметом последующего описания примеров выполнения изобретения со ссылкой на чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции относятся к одинаково действующим компонентам и на которых показано следующее:
Фиг. 1 - узел обмотки в соответствии с предшествующим уровнем техники,
Фиг. 2 - пример выполнения соответствующего изобретению узла обмотки,
Фиг. 3 - вид в перспективе примера выполнения соответствующего изобретению узла обмотки,
Фиг. 4 - узел обмотки согласно фиг. 3 в процессе изготовления,
Фиг. 5 - другой пример выполнения соответствующего изобретению узла обмотки на частичном виде,
Фиг. 6 - узел обмотки согласно фиг. 5 во время процесса изготовления,
Фиг. 7 - узел обмотки согласно фиг. 3 на схематичном виде сверху и
Фиг. 8 - еще один пример выполнения соответствующего изобретению узла обмотки устройства в схематичном представлении.
На фиг. 1 показан узел 1 обмотки согласно уровню техники. Узел 1 обмотки показывает намотку проводника 2, который электрически изолирован от следующего слоя, например, посредством промежуточного укладывания между ними изоляционной пленки или посредством изоляционного лака. Упомянутый проводник 2 намотан, так что слои проводника 2 лежат в спиральной форме один на другом. Эти спирально лежащие один над другим пути проводника упоминаются здесь как слои обмотки. Таким образом, первый слой обмотки ограничивает внутренность обмотки, упоминаемую здесь как внутреннее пространство 11 секции. Лежащие один на другом слои обмотки лежат в слое друг на друге. Другими словами, слои обмотки образуют дискообразные дисковые обмотки 3a, 3b, 3c … 3n как секцию обмотки. Секции обмотки расположены одна за другой в осевом направлении 4. При этом дисковые обмотки 3a, 3b, 3c … 3n расположены на расстоянии D одна от другой, причем расстояние D может быть различным. Например, расстояние между дисковыми обмотками 3а и 3b меньше, чем расстояние между дисковыми обмотками 3b и 3с. Каждая из упомянутых дисковых обмоток 3а, 3b, 3с … 3n имеет внутренний конец 5а, 5b, 5с или 5n и внешний конец 6а, 6b, 6с или 6n. Кроме того, каждая дисковая обмотка 3a, 3b, 3c … 3n намотана изнутри наружу, как указано для каждой дисковой обмотки 3a, 3b, 3c … 3n стрелкой 12 в радиальном направлении. Упомянутое направление намотки дополнительно обозначено дугообразной стрелкой 7. Видно, что все дисковые обмотки 3a, 3b, 3c … 3n имеют одинаковое направление намотки 7. Для электрического соединения, например, дисковой обмотки 3a с дисковой обмоткой 3b, внешний конец 6a дисковой обмотки 3a соединен с внутренним концом 5b дисковой обмотки 3b. Чтобы освободить место для участка 2 проводника, проходящего между дисковыми обмотками 3а и 3b, они должны быть расположены на расстоянии D одна от другой. Это применимо соответственно для всех других дисковых обмоток 3b, 3c и 3n.
На фиг. 2 показан пример выполнения соответствующего изобретению узла 8 обмотки, который, в соответствии с узлом 1 обмотки согласно фиг. 2, образует электрическую последовательную цепь секций обмотки, здесь дисковых обмоток 3а, 3b, 3с … 3n. Как на фиг. 1, все дисковые обмотки 3a, 3b, 3c … 3n имеют одинаковое направление 7 намотки, то есть от внутреннего конца 5a, 5b, 5c … 5n к соответствующему внешнему концу 6a, 6b, 6c … 6n каждой дисковой обмотки 3a, 3b, 3c … 3n. Как на фиг. 1, внешний конец 6a, 6b, 6c … 6n-l дисковых обмоток 3a, 3b, 3c … 3n-l соединен, соответственно, с внутренним концом другой дисковой обмотки 3b, 3c, 3d, непосредственно или опосредованно следующей в осевом направлении, за исключением последней частичной обмотки 3n последовательной цепи. Она в показанном примере выполнения соединена на своем внешнем конце 6n с не показанным на чертеже выводом высшего напряжения упомянутого трансформатора. Внутренний конец 5а первой дисковой обмотки 3а соединен с другим выводом высшего напряжения упомянутого трансформатора.
Как схематично показано на фиг. 2, дисковая обмотка 3b поднята относительно дисковой обмотки 3а в радиальном направлении 9 в области соединения от 6а к 5b настолько, что ее внутренний конец 5b лежит на той же ''радиальной'' высоте, что и внешний конец 6а дисковой обмотки 3а. Поэтому, в рамках изобретения, проводник 2 должен быть изогнут или согнут в осевом направлении 4 только из ''слоя'' дисковой обмотки 3а, чтобы переводиться к слою смежной дисковой обмотки 3b. Там он образует первый слой обмотки. Дальнейшие слои обмотки могут наматываться в том же направлении путем простой дальнейшей намотки. Поэтому, в рамках изобретения, исключается длинное соединение проводником между обмотками 3a, 3b, 3c … 3n, как на фиг.1. В то же время, в отличие от так называемой перевернутой обмотки, направление 7 намотки одинаково для всех дисковых обмоток 3a, 3b, 3c … 3n. Таким образом, дисковые обмотки 3a, 3b, 3c … 3n могут быть расположены на малом расстоянии D одна от другой, за счет чего изготовление узла 8 обмотки остается экономически эффективным.
На фиг. 3 показан узел 8 обмотки согласно фиг. 2 в пространственном представлении. Можно видеть, что дисковые обмотки 3a, 3b, 3c расположены в осевом направлении 4 одна за другой на малом расстоянии одна от другой. В представлении, показанном на фиг. 3, дисковая обмотка 3а обращена к наблюдателю. Можно видеть, что каждая дисковая обмотка 3a, 3b, 3c … 3n выполнена замкнутой по окружности, и, таким образом, ограничивается внутреннее пространство 13 секции. Вся стопка дисковых обмоток 3а, 3b, 3с, … 3n, то есть узел 8 обмотки ограничивает внутреннюю полость, которая упоминается здесь как внутреннее пространство 14. Внутреннее пространство 14 содержит как бы взаимно выровненные внутренние пространства 13 секций.
Внутреннее пространство 14 служит для позиционирования намагничиваемого материала, который приспособлен, чтобы проводить магнитное поле с низким магнитным сопротивлением. Отдельные дисковые обмотки 3a, 3b, 3с … 3n не являются круговыми в плане и, следовательно, по отдельности не ограничивают кругового внутреннего пространства 13 секции. Более того, каждая дисковая обмотка 3а, 3b, 3c … 3n имеет эксцентрическую ступенчатую область 10а, 10b, 10с … 10n, которая имеет большее расстояние до воображаемой центральной оси имеющего форму кругового цилиндра внутреннего пространства 14 узла 8 обмотки, чем остальная часть каждой дисковой обмотки 3а, 3b, 3c … 3n, которая на виде сверху имеет круговую форму. Кроме того, видно, что ступенчатая область 10а не выровнена по отношению к ступенчатой области 10b дисковой обмотки 3b, которая непосредственно следует за первой дисковой обмоткой 3 в осевом направлении. Напротив, ступенчатая область 10b по окружности смещена относительно ступенчатой области 10а, так что оба центра ступенчатых областей 10а и 10b разведены друг с другом относительно воображаемой центральной оси внутреннего пространства 14 узла 8 обмотки на угол α. Кроме того, можно видеть, что ступенчатая область 10с следующей через одну дисковой обмотки 3c расположена выровненным образом со ступенчатой областью 10а первой дисковой обмотки 3а. То же самое относится, соответственно, к ступенчатым областям 10b и 10d. Поэтому каждая дисковая обмотка 3а, 3b, 3c … 3n своей ступенчатой областью 10а, 10b 10с … 10n расположена выровненным образом по отношению к соответствующей следующей через одну дисковой обмотке 3а, 3b, 3c … 3n, причем ступенчатые области 10а, 10b, 10с … 10n дисковых обмоток 3а, 3b, 3с … 3n, которые непосредственно следуют друг за другом, повернуты относительно друг друга. Поэтому в узле 8 обмотки можно видеть всего две эксцентрические выпуклости 15, 16, которые образованы ступенчатыми областями 10a, 10c, 10e … 10n-1 или ступенчатыми областями 10b, 10d, 10f … 10n. Если пронумеровать дисковые обмотки 3a, 3b, 3c … 3n целыми числами, начиная с 1, то образуется одна выпуклость 15 из дисковых обмоток 3а, 3d, 3e … 3n-1 с четным номером и другая выпуклость 16 из дисковых обмоток 3b, 3d, 3f … 3n с нечетным номером.
На фиг. 3 можно также видеть, что проводник 2 во внешнем слое обмотки в ступенчатой области 10b в осевом направлении со смещением выводится из плоскости дисковой обмотки 10a, то есть изгибается, и, таким образом, образует внутренний конец 5b второй дисковой обмотки 3b. Внутренний конец 5а предусмотрен для завершения выходного провода трансформатора, лежащего во время работы под высоким напряжением. Проводник 2 внешнего слоя обмотки дисковой обмотки 3b, напротив, изгибается в ступенчатой области 10с аксиально в направлении дисковой обмотки 3c, так что он образует там внутренний конец дисковой обмотки 3с. Однако он скрыт на фиг. 3 дисковой обмоткой 3а.
Фиг. 4 иллюстрирует в перспективном представлении в процессе изготовления, как проводник 2 дисковой обмотки 3b изгибается в ступенчатой области 10b еще подлежащей намотке последующей дисковой обмотки 3c. Кроме того, видна ступенчатая область 3а первой дисковой обмотки, с которой она на стороне, противоположной наблюдателю, соединена с корпусом трансформатора.
Фиг. 5 показывает частичный вид другого примера выполнения соответствующего изобретению узла намотки в перспективном представлении. Полосовой проводник 2, намотанный с образованием дисковых обмоток 3a, 3b, 3c … 3n, по сравнению с полосовым проводником 2, показанным на фиг. 3, выполнен немного шире и тоньше, причем выполненный из алюминия полосовой проводник 2 покрыт изоляционной пленкой. В частности, можно видеть ступенчатые области 10а, 10b, 10с … 10n, причем соответствующие следующие через одну дисковые обмотки 3а, 3c, 3e или 3b, 3d, 3f противолежат выровненным образом. Ступенчатые области 10a и 10b смежных дисковых обмоток 3а и 3b повернуты противоположно друг другу и охватывают друг с другом относительно центральной оси полого цилиндрического внутреннего пространства 14 узла 8 обмотки угол α, так что за счет изгибания полосового проводника 2 в осевом направлении он может быть переведен в слой последующей в осевом направлении дисковой обмотки.
Фиг. 6 показывает узел обмотки согласно фиг. 5 в процессе изготовления. Здесь можно видеть, как полосовой проводник 2 изгибается при изготовлении. Показанный на фиг. 5 и 6 проводник 2 выполнен гибким, так что он может быть дважды изогнут в ступенчатой области 10. В первом месте 17 изгиба он изгибается назад, противоположно направлению 7 намотки. Во втором месте 18 изгиба полосовой проводник снова изгибается, так что он проходит снова в желательном направлении 7 намотки. При этом двукратном изгибании проводник 2 смещается в осевом направлении, так что он может образовывать первый слой обмотки следующей дисковой обмотки.
Фиг. 7 показывает другой пример выполнения соответствующего изобретению узла 8 обмотки. На этом виде особенно хорошо видно, что дисковые обмотки расположены выровненным образом относительно друг друга. На фиг. 7 видно, что ступенчатые области 10n и 10n-1 дисковых обмоток 3n и 3n-1 образуют друг с другом по отношению к центру кругового цилиндрического внутреннего пространства 14 угол α. Круговое цилиндрическое внутреннее пространство 14 схематично обозначено штриховой круговой линией. Можно видеть, что внутреннее пространство 14 выполнено не полностью в круговой цилиндрической форме. Напротив, ввиду угла α, здесь 20 градусов, образуется дополнительное пространство 19 проводки проводников, которое может служить для размещения проводников, кабелей, выводов и т.п., когда в круговом цилиндрическом внутреннем пространстве располагается, например, нижняя обмотка и плечо сердечника.
Фиг. 8 показывает еще один пример выполнения соответствующего изобретению узла 8 обмотки, который отличается от показанного на фиг. 7 примера выполнения тем, что угол α, который образуют ступенчатые области 10n и 10n-1 по отношению к центральной оси кругового цилиндрического внутреннего пространства 14, составляет 180°. Можно видеть, что в этом варианте осуществления внутренние контура дисковых обмоток образуют круговое цилиндрическое внутреннее пространство, так что создается более компактный узел обмотки без дополнительного пространства к кабелепроводу, как показано на фиг. 7.