CN103247435A - 一种缠绕式线圈结构及加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种缠绕式线圈结构，包括圆筒状围板、位于所述围板外表面的绝缘底层、缠绕在所述绝缘底层上的多层导线层和包裹所述导线层的层间绝缘层，位于相邻所述导线层之间的层间绝缘层的厚度自相邻所述导线层的连接端向开口端逐渐增大。由于相邻导线层之间的不同位置的层间电压不同，从而绝缘要求不同，按照层间对于绝缘强度的不同需求，使得层间绝缘厚度随层间电压的增高可以均匀递增，节约绝缘材料，并且提高了线圈导体的填充率，从而可以减小体积，也节约了其他材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于变压器或者电抗器中的缠绕式线圈结构，以及涉及缠绕式线圈结构的加工方法。
背景技术
现有技术中的线圈结构在缠绕后一般要经过浇注或真空浸漆处理，其中浇注技术具有需要模具比较多，装模/卸模工序复杂、成本高、浇注工艺对设备和树脂的要求高，加工周期长的缺点。而真空浸漆处理的线圈结构机械强度低和防潮能力差，对于一些特殊环境下使用的变压器难以满足要求。为了克服上述不足，现有技术中出现了缠绕式线圈结构，是一种结构合理、性能优良和制造成本低的新型高性能线圈结构。这种线圈结构的大量推广使用将会节省大量的能源和材料，经济效益十分显著。其优点：1、与浇注变压器相比，采用绝缘纤维绕制绝缘层并包裹线圈，绕制方便，作业环境比较好，对作业环境无特殊要求，并且无需浇注模具和浇注设备，降低了成本。2、与非包封变压器相比，缠绕式变压器的抗短路能力及防潮能力较好，
如中国专利申请号为CN200780047242.4的发明专利申请文件，其公开日为2010年3月31日，公开了一种用于缠绕变压器的线圈的方法，其中线圈绕组形成于圆筒形的管状绝缘体上，所述方法包括如下步骤：在由绝缘材料制成的圆筒形内管上缠绕内侧的第一绝缘层，在所述内管的端部设置有径向向外伸出的端壁部分，其中，所述内侧的第一绝缘层一直缠绕到所述端壁部分，缠绕第一绕组金属线层，使得所述第一绕组金属线层的端部绕组与所述端壁部分间隔开，在所述第一绕组金属线层上缠绕另一个绝缘层，所述另一个绝缘层一直缠绕到所述端壁部分，缠绕第二绕组金属线层，所述第二绕组金属线层具有一个或多个绕组层部分，其中，所述第二绕组金属线层的相反的端部绕组位于所述第一绕组金属线层的端部绕组所处的径向平面内， 借助径向延伸的连接件连接相邻的所述第一绕组金属线层的端部绕组和所述第二绕组金属线层的端部绕组，缠绕第三绝缘层，所述第三绝缘层一直缠绕到所述端壁部分，缠绕第三绕组金属线层，所述第三绕组金属线层具有一个或多个绕组层部分，并且所述第三绕组金属线层的端部绕组位于所述第二绕组金属线层所处的径向平面内，借助径向延伸的连接件连接所述第二绕组金属线层的自由端部绕组和所述第三绕组金属线层，缠绕第四绝缘层，所述第四绝缘层一直缠绕到所述端壁部分，等等。在上述技术方案中，首先金属线层之间是平行设置，为了满足绝缘需要，层与层之间均采用最大绝缘厚度，从而降低了在单位体积中线圈的数量。其次，现有的缠绕式变压器都采用玻璃纤维通过树脂后，缠绕在线圈上，这样树脂在线圈绕制过程中会有滴落，造成浪费和作业环境较差。并且，在上述加工方法中，金属线层是每层独立绕制，通过端部的连接件连接在一起，加工费时，也增加了线圈的损耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种缠绕式、体积小、加工容易的缠绕式线圈结构。
本发明所要解决的另一技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种加工省时、利于自动化加工的线圈结构加工方法。
按照本发明提供的一种缠绕式线圈结构，包括圆筒状围板、位于所述围板外表面的绝缘底层、缠绕在所述绝缘底层上的多层导线层和包裹所述导线层的层间绝缘层，位于相邻所述导线层之间的层间绝缘层的厚度自相邻所述导线层的连接端向开口端逐渐增大。
按照本发明提供的一种缠绕式线圈结构还具有如下附属技术特征：
所述层间绝缘层由预浸树脂的绝缘纤维缠绕而成。
位于相邻所述导线层之间的层间绝缘层的厚度自相邻所述导线层的连接端向开口端均匀递增。
所述层间绝缘层的外表面覆盖外层绝缘层，所述层间绝缘层的端部覆盖端部绝缘层，所述外层绝缘层和所述端部绝缘层由预浸树脂的绝缘纤维缠绕而成。
所述绝缘底层由预浸树脂的绝缘纤维缠绕而成。
所述层间绝缘层伸出所述导线层的端部5mm-20mm。
所述导线层由与轴线平行的多层平直导线层和与轴线成夹角的多层倾斜导线层构成，所述平直导线层与所述倾斜导线层相互间隔设置。
所述导线层由多层倾斜导线层构成，相邻所述导线层的倾斜方向相反。
所述导线层为串接在一起的多段式结构，相邻段的所述导线层之间的层间绝缘层自段与段的连接端向开口端逐渐增大。
按照本发明提供的另外一种缠绕式线圈结构，由多层线圈结构构成，线圈结构内部设置有纵向气道，每层线圈结构包括圆筒状围板、位于所述围板外表面的绝缘底层、缠绕在所述绝缘底层上的多层导线层和包裹所述导线层的层间绝缘层，位于相邻所述导线层之间的层间绝缘层的厚度自相邻所述导线层的连接端向开口端逐渐增大。
按照本发明提供的一种缠绕式线圈结构的加工方法，包括如下步骤：
A、在圆筒状围板的外表面上缠绕预浸树脂的绝缘纤维，构成绝缘底层；
B、在绝缘底层上缠绕导线层，同时在导线层上缠绕预浸树脂的绝缘纤维构成层间绝缘层，再在层间绝缘层上反向缠绕下一层导线层，同时在下一层导线层上反向缠绕下一层层间绝缘层，位于相邻导线层之间的层间绝缘层的厚度自相邻导线层的连接端向开口端逐渐增大；此步骤可根据需要重复绕制，形成多层结构的导线层。
C、在层间绝缘层和端部绝缘层的最外表面缠绕预浸树脂的绝缘纤维构成外层绝缘层。
按照本发明提供的一种缠绕式线圈结构与现有技术相比具有如下优点：首先，由于相邻导线层之间的不同位置的层间电压不同，从而绝缘要求不同，按照层间对于绝缘强度的不同需求，使得层间绝缘厚度随层间电压的增高可以均匀递增，节约绝缘材料，并且提高了单位体积中线圈的数量，从而可以减小体积，也节约了其他材料。同时，改善了散热条件；其次，绝缘层采用预浸的绝缘纤维缠绕而成，这样避免了采用通过树脂的绝缘纤维在缠绕在线圈上过程中树脂滴落，造成浪费和作业环境较差。
按照本发明提供的一种缠绕式线圈结构的加工方法具有如下优点：本发明的加工方法是在加工缠绕预浸树脂的绝缘纤维，不会造成树脂的滴落，并且由于是预浸树脂的绝缘纤维，避免对工作环境的苛刻要求。同时，本发明通过专用的绕线机连续缠绕，可以实现自动化加工，提高了生产效率。
附图说明
图1是本发明第一种实施例的主视图。
图2是图1中A-A的剖面图。
图3是本发明第二种实施例的主视图。
图4是图3中B-B的剖面图。
图5是本发明第三种实施例的主视图。
图6是图4中C-C的剖面图。
图7是本发明第四种实施例的主视图。
图8是图7中D-D的剖视图。
具体实施方式
参见图1和图2，在本发明给出的一种缠绕式线圈结构的实施例，包括圆筒状围板1、位于所述围板1外表面的绝缘底层2、缠绕在所述绝缘底层2上的多层导线层3和包裹所述导线层3的层间绝缘层4，位于相邻所述导线层3之间的层间绝缘层41的厚度自相邻所述导线层3的连接端31向开口端32逐渐增大。所述围板1起到支撑的作用，用于作为缠绕导线层3的载体，一般可以采用绝缘材料制成。所述导线层3是一种多层的折线结构，多层导线层是由导线连续缠绕而成，层与层之间填充层间绝缘层41，导线层3一般采用金属导线缠绕而成。所述导线可以是经预先包绝缘的方式或采用同样材质的预浸玻璃丝布绝缘的方式或者是混合绝缘的方式。所述层间绝缘层4整体将导线层3包裹或者至少是大部分包裹，两端的引线引出。导线层3的层与层之间在不同位置上的电压强度是不同的，因此，本发明根据不同的电压绝缘强度需求，设置满足需求的层间绝缘层41的厚度。上述结构在满足绝缘强度的前提下，最大限度的提高了线圈的匝数，从而能够有效的减小线圈的体积，节省材料。在本实施例中层间绝缘层41是指位于导线层3之间的部分层间绝缘层。
参见图2，在本发明给出的上述实施例中，所述层间绝缘层4由预浸树脂的绝缘纤维缠绕而成。本发明中预浸树脂的绝缘纤维是指提前对绝缘纤维进行预处理，使其具有树脂的半干式纤维材料，而在绕制过程中无需再通过树脂槽粘结树脂。这种预浸树脂的绝缘纤维具有的树脂更加均匀，缠绕的绝缘层也更加密实。更为重要的是树脂在线圈绕制过程中不会有滴落，也不会造成树脂的浪费和作业环境差，影响操作人员的身体健康。
参见图2，在本发明给出的上述实施例中，位于相邻所述导线层3之间的层间绝缘层41的厚度自相邻所述导线层3的连接端31向开口端32均匀递增。这种均匀递增能够更好的满足本发明的需求，也利于导线层3的绕制。
参见图2，在本发明给出的上述实施例中，所述层间绝缘层4的外表面覆盖外层绝缘层5，所述层间绝缘层4的端部覆盖端部绝缘层6，所述外层绝缘层5和所述端部绝缘层6由预浸树脂的绝缘纤维缠绕而成。所述绝缘底层2由预浸树脂的绝缘纤维缠绕而成。所述外层绝缘层5起到外壳的作用，进一步的提高绝缘强度。所述端部绝缘层6位于两端，对导线层3的两端绝缘进一步补强。
本实施例中所述绝缘底层2、层间绝缘层4、外层绝缘层5和端部绝缘层6均采用同一种绝缘纤维材料制成。例如经过玻璃纤维预浸树脂预浸的玻璃纤维。当然，也可以是无纺带、石棉、聚酯纤维或聚芳酰胺纤维等等。参见图2，在本发明给出的上述实施例中，所述层间绝缘层4伸出所述导线层3的端部5mm-20mm。本实施例为8mm。当然，也可以采用10mm、13mm、15mm或18mm。上述结构能够保证层间绝缘层4有效的将导线层3包裹，提高绝缘强度和机械强度。
参见图2，在本发明给出的上述实施例中，所述导线层3由与轴线平行的多层平直导线层33和与轴线成夹角的多层倾斜导线层34构成，所述平直导线层33与所述倾斜导线层34相互间隔设置。这种结构是一种直角三角形结构，即先绕制一平直导线层33和一三角形层间绝缘层41，然后再在三角形层间绝缘层41的斜边上绕制倾斜导线层34和倒三角形层间绝缘层41，两个结构构成一个矩形结构，再进行下一个循环。
当然，本发明中的所述导线层3由多层倾斜导线层构成，相邻所述导线层的倾斜方向相反。即采用V字形结构进行绕制。
参见图2，在本发明给出的上述实施例中，所述导线层3为串接在一起的多段式结构，相邻段的所述导线层3之间的层间绝缘层42自段与段的连接端向开口端逐渐增大。本实施例为两段式结构，各段分别绕制，然后焊接在一起，形成焊接部35。段与段之间的层间绝缘层42能够更好的满足绝缘强度的要求，并增加单位体积中线圈的数量。
参见图3和图4，在本发明给出的上述第二种实施例中，所述导线层3为单段式结构。其他结构与上述实施例相同。
参见图5和图6，在本发明给出的第三种实施例中，所述导线层3为四段式结构，各段串接在一起。其他结构与上述实施例相同。当然，本发明也可以采用六段段或者八段段式结构等等。
参见图7和图8，在本发明给出的第四种实施例中，线圈结构是由多层线圈结构构成，由多层线圈结构构成的线圈结构内设置纵向气道7，每层线圈结构均具有围板1、绝缘底层2、导线层3、层间绝缘层4、外层绝缘层5和端部绝缘层6等结构，即每层线圈结构均是独立的绝缘密封结构。但各层之间的导线层3连接在一起。设置所述气道7能够更好的实现散热，提高线圈的可靠性。其他结构与上述实施例完全相同。根据需要可以在两层线圈结构之间设置一个或多个所述气道7，采用分层的设置方式，可以使得气道7的设置不会影响线圈结构的绝缘。
在本发明提供的一种缠绕式线圈结构的加工方法，包括如下步骤：
A、在圆筒状围板1的外表面上缠绕预浸树脂的绝缘纤维，构成绝缘底层2；
B、在绝缘底层2上缠绕导线层3，同时在导线层3上缠绕预浸树脂的绝缘纤维构成层间绝缘层4，再在层间绝缘层4上反向缠绕下一层导线层3，同时在下一层导线层3上反向缠绕下一层层间绝缘层4，位于相邻导线层3之间的层间绝缘层41的厚度自相邻导线层3的连接端向开口端逐渐增大；此步骤可根据需要重复绕制，形成多层结构的导线层3。
C、在层间绝缘层4和端部绝缘层6的最外表面缠绕预浸树脂的绝缘纤维构成外层绝缘层5。
在本发明中，多层导线层是连续缠绕而成，这里所述的连续缠绕是指每段线圈是连续缠绕而成。多段式导线层结构中分别连续缠绕每段导线层，并将各段导线层串接在一起，串接采用焊接的方式，将串接端焊接在一起，形成焊接部35。所述导线可以是经预先包绝缘的方式或采用同样材质的预浸玻璃丝布绝缘的方式或者是混合绝缘的方式。且在缠绕导线层的同时缠绕下一层层间绝缘层。在缠绕完成后，经高温固化，使树脂快速彻底固化。根据线圈具体性能要求，可以采用真空固化方式，也可以不采用真空固化方式，可以采用真空浸漆处理，也可以不采用真空浸漆处理。在导线层3和层间绝缘层4缠绕后，在两端部缠绕预浸树脂的绝缘纤维构成端部绝缘层6。进一步提高绝缘性能。在缠绕本发明中的层间绝缘层时，通过控制绝缘纤维的送料量既可实现不同厚度的绕制。当然，也可以通过控制绝缘纤维的缠绕速度和移动量实现不同厚度的缠绕。
本发明的线圈适用的铁心可以是平面叠铁心，也可以是立体或平面的卷铁心。本发明的线圈结构可以高压线圈，当然也可以是低压线圈，或者是高压线圈采用本发明的结构，低压线圈采用其他形式的结构。
Claims (15)
1.一种缠绕式线圈结构的加工方法，其特征在于：包括如下步骤：
A、在圆筒状围板的外表面上缠绕预浸树脂的绝缘纤维，构成绝缘底层；
B、在绝缘底层上缠绕导线层，同时在导线层上缠绕预浸树脂的绝缘纤维构成层间绝缘层，再在层间绝缘层上反向缠绕下一层导线层，同时在下一层导线层上反向缠绕下一层层间绝缘层，位于相邻导线层之间的层间绝缘层的厚度自相邻导线层的连接端向开口端逐渐增大；此步骤重复绕制形成多层结构的导线层；
C、在层间绝缘层的最外表面缠绕预浸树脂的绝缘纤维构成外层绝缘层。
2.如权利要求1所述的一种缠绕式线圈结构的加工方法，其特征在于：多层导线层是由导线连续缠绕而成，所述导线经预先包绝缘或预先包预浸玻璃丝布绝缘。
3.如权利要求1所述的一种缠绕式线圈结构的加工方法，其特征在于：在缠绕完成后，经高温固化，使树脂快速彻底固化。
4.如权利要求1所述的一种缠绕式线圈结构的加工方法，其特征在于：在导线层和层间绝缘层缠绕完成后，在两端部缠绕预浸树脂的绝缘纤维构成端部绝缘层。
5.如权利要求1所述的一种缠绕式线圈结构的加工方法，其特征在于：多段式导线层结构中分别缠绕每段导线层，并将各段导线层串接在一起。
6.一种缠绕式线圈结构，包括圆筒状围板、位于所述围板外表面的绝缘底层、缠绕在所述绝缘底层上的多层导线层和包裹所述导线层的层间绝缘层，其特征在于：位于相邻所述导线层之间的层间绝缘层的厚度自相邻所述导线层的连接端向开口端逐渐增大。
7.如权利要求6所述的一种缠绕式线圈结构，其特征在于：所述层间绝缘层由预浸树脂的绝缘纤维缠绕而成。
8.如权利要求6所述的一种缠绕式线圈结构，其特征在于：位于相邻所述导线层之间的层间绝缘层的厚度自相邻所述导线层的连接端向开口端均匀递增。
9.如权利要求6所述的一种缠绕式线圈结构，其特征在于：所述层间绝缘层的外表面覆盖外层绝缘层，所述层间绝缘层的端部覆盖端部绝缘层，所述外层绝缘层和所述端部绝缘层由预浸树脂的绝缘纤维缠绕而成。
10.如权利要求6所述的一种缠绕式线圈结构，其特征在于：所述绝缘底层由预浸树脂的绝缘纤维缠绕而成。
11.如权利要求6所述的一种缠绕式线圈结构，其特征在于：所述层间绝缘层伸出所述导线层的端部5mm-20mm。
12.如权利要求6所述的一种缠绕式线圈结构，其特征在于：所述导线层由与轴线平行的多层平直导线层和与轴线成夹角的多层倾斜导线层构成，所述平直导线层与所述倾斜导线层相互间隔设置。
13.如权利要求6所述的一种缠绕式线圈结构，其特征在于：所述导线层由多层倾斜导线层构成，相邻所述导线层的倾斜方向相反。
14.如权利要求6所述的一种缠绕式线圈结构，其特征在于：所述导线层为串接在一起的多段式结构，相邻段的所述导线层之间的层间绝缘层自段与段的连接端向开口端逐渐增大。
15.一种缠绕式线圈结构，其特征在于：由多层线圈结构构成，线圈结构内部设置有纵向气道，每层线圈结构为如权利要求6至14任一权利要求所述的线圈结构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20130814 |